广东6寸导电碳化硅衬底

SiC材料具有良好的电学特性和力学特性，是一种非常理想的可适应诸多恶劣环境的半导体材料。它禁带宽度较大，具有热传导率高、耐高温、抗腐蚀、化学稳定性高等特点，以其作为器件结构材料，可以得到耐高温、耐高压和抗腐蚀的SiC-MEMS器件，具有广阔的市场和应用前景。同时SiC陶瓷具有高温强度大、抗氧化性强、耐磨损性好、热稳定性佳、热膨胀系数小、热导率大、硬度高以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性。因此，是当前**有前途的结构陶瓷之一，并且已在许多高技术领域(如空间技术、核物理等)及基础产业(如石油化工、机械、车辆、造船等)得到应用，用作精密轴承、密封件、气轮机转子、喷嘴、热交换器部件及原子核反应堆材料等。如利用多层多晶碳化硅表面微机械工艺制作的微型电动机，可以在490℃以上的高温环境下稳定工作。但是SiC体单晶须在高温下生长，掺杂难于控制，晶体中存在缺点，特别是微管道缺点无法消除，而且SiC体单晶非常昂贵，因此发展低温制备SiC薄膜技术对于SiC器件的实际应用有重大意义。6H-SiC结构**为稳定，适用于制造光电子器件。广东6寸导电碳化硅衬底

目前已出现了另一种碳化硅晶体生长方法，即采用高温化学气相沉积方法（HTCVD）。它是用气态的高纯碳源和硅源，在2 200℃左右合成碳化硅分子，然后在籽晶上凝聚生长，生长速率一般为0.5～1mm/h左右，略高于PVT法，也有研究机构可做到2mm/h的生长速率。气态的高纯碳源和硅源比高纯SiC粉末更容易获得，成本更低。由于气态源几乎没有杂质，因此，如果生长时不加入n型掺杂剂或p型掺杂剂，生长出的4H-SiC就是高纯半绝缘（HPSI）半导体。HPSI与SI是有区别的，前者载流子浓度3.5×1013～8×1015/cm3范围，具有较高的电子迁移率；后者同时进行n、p补偿，是高阻材料，电阻率很高，一般用于微波器件衬底，不导电。如果要生长n型掺杂或p型掺杂的4H-SiC也非常好控制，只要分别通入氮或者硼的气态源就可以实现，而且通过控制通入的氮或者硼的流量，就可以控制碳化硅晶体的导电强弱。目前瑞典的Norstel AB公司采用HTCVD商业化生产碳化硅衬底材料（n型、p型、H P S I型），它采用瑞典林雪平大学的生长技术，目前已有4英寸H P S I型4H - S i C衬底出售广东6寸导电碳化硅衬底功率半导体器件是实现电力控制的关键，与Si相比，碳化硅半导体非常适合制作功率器件。

       采用碳化硅作衬底的LED器件亮度更高、能耗更低、寿命更长、单位芯片面积更小，且在大功率LED方面具有非常大的优势。此外，碳化硅除了用作LED衬底，它还可以制造高耐压、大功率电力电子器件如肖特基二极管（SBD/JBS）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、晶闸管（GTO）、金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）等，用于智能电网、太阳能并网、电动汽车等行业。与传统硅基功率电力电子器件相比，碳化硅基功率器件可以**降低能耗，节约电力。比如一台35kW的太阳能光伏并网逆变器，全部使用硅器件，能耗可达2.8kW，转换效率为92%，全部换成碳化硅的器件后，能耗可低至1.4kW，约为硅逆变器的50%，转换效率上升4%，为96%，一座30MW的太阳能发电站，全部使用碳化硅功率器件后可节约大量电能，节能效果十分***。碳化硅可在超过200℃的高温下长期稳定地工作，因此，相比于硅，碳化硅方案可以大量缩减冷却负担，实现系统的小型化和一体化。碳化硅基电力电子器件已经应用于新一代航空母舰的电磁弹射系统，大幅度提高了舰载机起降效率，增强了航母作战性能。

半导体材料作为现代信息和新能源技术的基础受到人们的***关注。它的发展和应用带给人们福音，尤其是在通信、高速计算、大容量信息处理、可再生清洁能源、空间防御、电子对抗以及武器装备的微型化、智能化等等这些对国民经济和**至关重要的领域出现了巨大的进步。作为第3代宽带隙半导体材料的**，碳化硅（SiC）单晶材料具有禁带宽度大（约是Si的3倍）、热导率高（约是Si的3.3倍）、电子饱和迁移速率高（约是Si的2.5倍）和击穿电场高（约是Si的10倍）等性质。碳化硅材料的重要用途还包括：微波器件衬底、石墨烯外延衬底。

  此外，碳化硅材料的重要用途还包括：微波器件衬底[3]、石墨烯外延衬底[4]、人工钻石。碳化硅（指半绝缘型）是射频微波器件的理想衬底材料，以之为衬底的微波器件其输出功率密度是砷化镓（GaAs）器件的10倍以上，工作频率达到100GHz以上，可以***提高雷达、通信、电子对抗以及智能武器的整体性能和可靠性，使用碳化硅基微波器件的雷达其测距由原来的80～100km提升到现在的超过300km。在碳化硅衬底上外延生长石墨烯，可望制造高性能的石墨烯集成电路，是当前国际研发的热点，IBM（美国）已经投入了巨资进行研发[5]，并取得了重要进展，在半绝缘型碳化硅上创建了全球较早全功能石墨烯集成电路[6]。碳化硅晶体的硬度仅次于钻石，其明亮度、光泽度和火彩甚至超过了钻石，基于碳化硅的人工钻石（莫桑钻）也已经面市。与Si相比，SiC的禁带宽度为其2-3倍，同时具有其4.4倍的热导率，8倍的临界击穿电场。碳化硅衬底导电

碳化硅材料的重要用途还包括：微波器件衬底、石墨烯外延衬底、人工钻石。广东6寸导电碳化硅衬底

在航空航天或***领域，系统的工作条件极其恶劣。从 80 年代末起，SiC 材料与器件的飞速发展。由于 SiC 材料种类很多，性质各异，它的应用范围十分***。  在大功率器件方面，利用 SiC 材料可以制作的器件，其电流特性、电压特性、和高频特性等具有比 Si材料更好的性质。  在高频器件方面，SiC 高频器件输出功率更高，且耐高温和耐辐射辐射特性更好，可用于通信电子系统等。  在光电器件方面，利用 SiC 不影响红外辐射的性质，可将其用在紫外探测器上，在 350℃的温度检测红外背景下的紫外信号，功率利用率 80%左右。  在耐辐射方面，一些 SiC 器件辐射环境恶劣的条件下使用如核反应堆中应用。 高温应用方面，利用 SiC 材料制备的器件工作温度相当地高，如 SiC MOSFET和 SiC 肖特基二极管可在 900k 下工作。  从世界范围来看，高功率器件是**有可能实现的，应用潜力也比较大，如图 1.2所示。SiC 作为二元化合物半导体，属于Ⅳ族元素中***的固态化合物。它 Si-C 健的能量很稳定，这也是 SiC 在各种极端环境下仍能稳定的原因。SiC 的原子化学能高达 1250KJ/mol；德拜温度达到 1200-1430K，摩尔硬度达到 9 级，*比金刚石摩尔硬度低些；导热性良好，达 5W/cm.K,比其他半导体材料好很多。广东6寸导电碳化硅衬底

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