苏州4寸碳化硅衬底
PVT法和HTCVD法生长碳化硅晶体原理图。两者都可以用于生长4H-SiC碳化硅晶片,HTCVD更像是PVT的“加强版”。PVT法的优势在于相对简单易控制,市场占有率高,生长n型导电晶片很成熟。其劣势是p型导电和高阻半绝缘型晶片生长成本高,不能生长高质量的高纯半绝缘晶片。HTCVD法的优势是可以生长导电型(n、p)和高纯半绝缘晶片,可以控制掺杂浓度,使晶片中载流子浓度在3×1013~5×1019/cm3之间可调。其劣势是技术门槛高,市场占有率低。碳化硅(指半绝缘型)是射频微波器件的理想衬底材料。苏州4寸碳化硅衬底
国内通过自行研制、或引进生产设备涉足SiC晶体生产的研究机构与企业越来越多,许多企业引进外延设备进行商业化生产,形成初始规模的SiC产业链。 虽然目前SiC器件的研究已经取得了瞩目的成果,但是SiC材料还没有发挥其比较大性能。近几年,利用PVT法和CVD法,采用缓冲层、台阶控制外延及位置竞争等技术生长SiC薄膜质量已经取得了惊人的进步,且实现了可控掺杂。但晶体中仍含有大量的微管、位错和层错等缺点,严重限制了SiC芯片成品率及大电流需求。SiC电力电子器件要想应用于牵**域,单个芯片面积必须要在1.2cm2以上,以保证100A以上的通流能力,降低多芯片并联产生的寄生参数。因此,SiC材料必须解决上述缺点问题,SiC器件才有可能在牵**域批量应用。北京进口导电碳化硅衬底SiC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。
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
以碳化硅、氮化镓、铌酸锂为**的高性能半导体晶体广泛应用于信息传输、光存储、光通讯、微波、LED、汽车电子、航空航天、高速列车、智能电网和超高压输变电、石油勘探、雷达与通信等国民经济和**领域。碳化硅单晶材料是目前发展**为成熟的第三代半导体材料,其禁带宽度是硅的3倍,饱和电子漂移速率是硅的2倍,临界击穿电场大于硅的10倍或砷化镓的5倍,热导率是蓝宝石的20倍或砷化镓的10倍,化学稳定性好,在高温、高压、高频、大功率、光电、抗辐射、微波等电子应用领域和航天**、核能等极端环境应用有着不可替代的优势。 碳化硅的硬度很大,具有优良的导热和导电性能,高温时能抗氧化。
碳化硅sic的电学性质
SiC的临界击穿电场比常用半导体Si和GaAs都大很多,这说明SiC材料制作的器件可承受很大的外加电压,具备很好的耐高特性。另外,击穿电场和热导率决定器件的最大功率传输能力。击穿电场对直流偏压转换为射频功率给出一个基本的界限,而热导率决定了器件获得恒定直流功率的难易程度。SiC具有优于Si和GaAs的高温工作特性,因为SiC的热导率和击穿电场均高出Si,GaAs好几倍,带隙也是GaAs,Si的两三倍。
电子迁移率和空穴迁移率表示单位电场下载流子的漂移速度,是器件很重要的参数,会影响到微波器件跨导、FET的输出增益、功率FET的导通电阻以及其他参数。4H-SiC电子迁移率较大,但各向异性较弱;6H-SiC电子迁移率较小,但各向异性强。 碳化硅作为新兴的战略先导产业,它是发展第3代半导体产业的关键基础材料。苏州4寸碳化硅衬底
目前商用碳化硅外延设备生长速率一般为每小时10μm,且不能持续生长。苏州4寸碳化硅衬底
碳化硅SiC的应用前景 由于SiC具有上述众多优异的物理化学性质,不仅能够作为一种良好的高温结构材料,也是一种理想的高温半导体材料。近20年,伴随薄膜制备技术的高速发展,SiC薄膜已经被***应用于保护涂层、光致发光、场效应晶体管、薄膜发光二极管以及非晶Si太阳能电池的窗口材料等。另外,作为结构材料的SiC薄膜还被认为是核聚变堆中比较好的防护材料,在不锈钢基体上沉积一层SiC薄膜,可以**地降低氚的渗透率,并保持聚变反应的稳定性。总结起来,SiC具有以下几个方面的应用:(1)高的硬度与热稳定性,可用于***涂层;(2)稳定的结构,在核反应技术中用作核聚变堆等离子体的面对材料:(3)大的禁带宽度,可作为光的短波长区域发光材料。例如,3C-SiC的Eg=2.2eV,6H-SiC的Eg=2.9eV可分别用作绿色、蓝色LED材料,目前SiC蓝光LED已经商品化;(4)高的热导率,可作为超大规模集成电路和特大规模集成电路的热沉材料,**提高了电路的集成度;(5)优异的电学性能,在功率器件、微波器件、高温器件和抗辐射器件方面也具有***的应用前景。苏州4寸碳化硅衬底
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