SIC材料性質
發(fā)布日期：2023-08-16 瀏覽次數：1547
隨著電子設備的性能需求持續(xù)上升，傳統的硅襯底已經難以滿足高頻率、高功率和高溫環(huán)境下的應用需求。市場尋找高性能替代材料-碳化硅。
SiC晶圓的晶型
碳化硅（Silicon Carbide，SiC）晶圓通常是單晶的，但是這些單晶SiC晶圓可能由不同的多晶形體構成，SiC的多晶形體包括3C-SiC、4H-SiC、6H-SiC等，每種多晶形都有自己獨特的性質。
SiC的晶體結構是由硅（Si）和碳（C）的原子以特定的方式排列形成的，而這種特定的排列方式就決定了SiC的晶體結構。"H"代表六方晶體結構（Hexagonal），"C"代表立方晶體結構（Cubic），數字則表示其具有的層數。"3C"指的是立方晶系的SiC（具有三方面的對稱性，也稱為β-SiC），"4H"和"6H"指的是六方晶系的SiC（具有六方面的對稱性）。
SiC的優(yōu)秀性質
1.高帶隙能
碳化硅是一種寬禁帶半導體，SiC的帶隙能大約在2.36到3.3電子伏特（eV）之間，這個范圍取決于SiC的多晶形式。而硅的帶隙能為1.12電子伏特。
帶隙能是指材料阻止電子從價帶躍遷到導帶所需要的最小能量。大于這個能量，電子可以從價帶躍遷到導帶，從而使得電子具有自由移動的能力，材料就變得導電。也就是說，高帶隙能的材料，需要更高的能量才能識才能使材料導電，這個能量包括溫度，電壓等。因此高帶隙能的材料具有很高的熱穩(wěn)定性，更高的擊穿電壓等。擊穿電壓是材料由絕緣體變?yōu)閷w的臨界電壓。因此，SiC晶圓襯底制作的器件能夠在更高的溫度，更高的電壓下下工作而不發(fā)生故障。
2.高熱導率
熱導率是一種物質的基本物理性質，它描述的是材料導熱的能力，即單位時間內單位面積的熱量傳遞量。熱導率越大，導熱性越好。
SiC的熱導率約為3-4.9 W/cm·K，遠高于硅的1.5 W/cm·K。這使得SiC半導體芯片在電流流過時，能夠更有效地將內部產生的熱量擴散出去，從而保持芯片的穩(wěn)定運行。而芯片在工作過程中會產生大量的熱量，如果不能有效地將這些熱量導出，就會導致芯片過熱，從而降低芯片的性能。
3.硬度大
SiC是一種非常硬的材料，其硬度僅次于金剛石，其莫氏硬度為9.5，金剛石為10。這種高硬度使得碳化硅在許多應用中具有優(yōu)越的耐磨損性。但是，碳化硅的高硬度同時也帶來了制程的挑戰(zhàn)。例如，在晶圓切割、磨削和拋光等制程中，需要使用特別的設備和工藝參數。
4.化學穩(wěn)定性好
SiC是由硅和碳原子以共價鍵方式組成的四面體結構，這種結構為其提供了出色的化學穩(wěn)定性。SiC在強酸、強堿的環(huán)境下能表現出良好的穩(wěn)定性。但是在干法刻蝕工藝時刻蝕速率很低，需要特殊的刻蝕設備。
