河北4寸导电碳化硅衬底

碳化硅具有热导率高（比硅高3倍）、与氮化镓晶格失配小（4％）等优势，非常适合用作新一代发光二极管（LED）衬底材料。在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中将碳化硅列为“新一代信息功能材料及器件”，在《中国制造2025》中明确大尺寸碳化硅单晶衬底为“关键战略材料”“先进半导体材料”。可以毫不夸张地说，碳化硅已成为全球半导体产业的前沿和制高点。从整体上来看，碳化硅半导体完整产业链包括：碳化硅原料-晶锭-晶片-外延-芯片-器件-模块，如图1所示。在LED的制备过程中，上游的碳化硅晶片（衬底）材料是决定LED颜色、亮度、寿命等性能指标的主要因素。现在，SiC材料正在大举进入功率半导体领域。河北4寸导电碳化硅衬底

SiC晶体的获得**早是用AchesonZ工艺将石英砂与C混合放入管式炉中2600℃反应生成，这种方法只能得到尺寸很小的多晶SiC。至1955年，Lely用无籽晶升华法生长出了针状3C-SiC孪晶，由此奠定了SiC的发展基础。20世纪80年代初Tairov等采用改进的升华工艺生长出SiC晶体，SiC作为一种实用半导体开始引起人们的研究兴趣，国际上一些先进国家和研究机构都投入巨资进行SiC研究。20世纪90年代初，Cree Research Inc用改进的Lely法生长6H-SiC晶片并实现商品化，并于1994年制备出4H-SiC晶片。这一突破性进展立即掀起了SiC晶体及相关技术研究的热潮。目前实现商业化的SiC晶片只有4H-和6H-型，且均采用PVD技术，以美国CreeResearch Inc为**。采用此法已逐步提高SiC晶体的质量和直径达7.5cm，目前晶圆直径已超过10cm，比较大有用面积达到40mm2，微导管密度已下降到小于0.1/cm2。现今就SiC单晶生长来讲，美国处于**地位，俄罗斯、日本和欧盟(以瑞典和德国为首)的一些公司或科研机构也在生产SiC晶片，并且已经实现商品化。四川碳化硅衬底4寸半绝缘碳化硅(SiC)由于其独特的物理及电子特性，在一些应用上成为比较好的半 导体材料。

SiC 电子器件是微电子器件领域的研究热点之一。SiC 材料的击穿电场有4MV/cm，很适合于制造高压功率器件的有源层。而由于 SiC 衬底存在缺点等原因，将它直接用于器件制造时，性能不好。SiC 衬底经过外延之后，其表面缺点减少，晶格排列整齐，表面形貌良好，比衬底大为改观，此时将其用于制造器件可以提高器件的性能。为了提高击穿电压，厚的外延层、好的表面形貌和较低的掺杂浓度是必需的。  一些高压双极性器件，需外延膜的厚度超过 50μm,掺杂浓度小于 2× 1015cm-3,载流子寿命大过 1us。对于高反压大功率器件，需要要在 4H-SiC 衬底上外延一层很厚的、低掺杂浓度的外延层。为了制作 10KW 的大功率器件，外延层厚度要达到 100μm以上。高压、大电流、高可靠性 SiC 电子器件的不断发展对 SiC 外延薄膜提出了更多苛刻的要求，需要通过进一步深入的研究提高厚外延生长技术。

SiC 有多种同质多型体，不同的同质多型体有不同的应用范围。典型的有3C-SiC、4H-SiC 和 6H-SiC，它们各有不同的应用范围。其中，3C-SiC 是***具有闪锌矿结构的同质多型体，其电子迁移率比较高，再加上有高热导率和高临界击穿电场，非常适合于制造高温大功率的高速器件；6H-SiC 具有宽的带隙，在高温电子、光电子和抗辐射电子等方面有使用价值，使用6H-SiC 制造的高频大功率器件，工作温度高，功率密度有极大的提升；而 4H-SiC 具有比 6H-SiC 更宽的带隙和较高的电子迁移率，是大功率器件材料的比较好选择。  由于 SiC 器件在**和民用领域不可替代的地位，世界上很多国家对 SiC 半导体材料和器件的研究都很重视。美国的**宽禁带半导体计划、欧洲的ESCAPEE计划和日本的国家硬电子计划等，纷纷对 SiC 半导体材料晶体制备和外延及器件投入巨资进行研究。制备SiC薄膜的方法主要分为两大类：物***相沉积法和化学气相沉积法。

在半导体材料的发展历史上，通常将硅（Si）、锗（Ge）称作第1代半导体。将砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）、磷化镓（GaP）等为**的合金半导体称作第2代半导体。在其之后发展起来的宽带隙半导体，碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氮化铝（AlN）及金刚石等称为第3代半导体。SiC作为第3代半导体的杰出**之一，相比前2代半导体材料，具有宽带隙、高热导率高、较大的电子饱和漂移速率、高化学稳定性、高击穿电场高等诸多优点，在高温、高频、大功率器件的制作上获得广泛应用。SiC晶体有着很多不同的多型体，不同多型体的禁带宽度在2.3～3.3eV之间，因而，SiC也被用于制作蓝、绿和紫外光的发光、光探测器件，太阳能电池，以及智能传感器件等。另外，SiC能够氧化形成自然绝缘的二氧化硅（SiO2）层，同时也具有制造各种以金属-氧化物-半导体（MOS）为基础的器件的巨大潜能。表1给出了不同多型体SiC和其他半导体材料相比的主要物理性质。SiC的热稳定性比较高。在常压下不会熔化。广州碳化硅衬底6寸

p-SiC电子迁移率比较高，饱和电子漂移速度**快，击穿电场**强，较适宜于制造高温、大功率、高频器件等。河北4寸导电碳化硅衬底

碳化硅是C和Si组合中***稳定的化合物，从晶体化学的角度来看，每个Si（C）原子与周边包围的C（Si）原子通过定向强四面体spa键结合，并有一定程度的极化，很低的层错形成能量决定了Sic的多型体现象，六角密排4H-SiC、6H-SiC和立方密排的3C-SiC比较常见并且不同的多型体具有不同的电学性能与光学性能。通过对比硅和碳的电负性确定SiC晶体具有很强的离子共价键，原子化能值达到125okJ/mol，表明SiC的结构、能量稳定。此外，sic还有高达1200-1430K的德拜温度。因此，SiC材料对各种外界作用有很高的稳定性，在力学、热学、化学等方面有优越性。

       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，2倍的电子饱和漂移速度，这些优异性能使其成为在航天航空、雷达、环境监测、汽车马达、通讯系统等应用中生产耐高温、高频、抗辐射、大功率半导体器件材料的*****，特别是Sic发光二极管的辐射波长广，在光电集成电路中具有广阔的应用前景。 河北4寸导电碳化硅衬底

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