Substrato SiC de 4 polegadas tipo p tipo 4H/6H-P tipo n tipo 3C-N grau zero grau de produção grau de simulação

Substrato SiC 4 polegadas tipo P 4H/6H-P tipo N 3C-N Grau Zero Grau de Produção Grau Fictício

Resumo do substrato SiC tipo P

Substratos de carboneto de silício (SiC) tipo P são essenciais no desenvolvimento de dispositivos eletrônicos avançados, particularmente para aplicações que exigem desempenho de alta potência, alta frequência e alta temperatura. Este estudo investiga as propriedades estruturais e elétricas de substratos de SiC tipo P, enfatizando seu papel no aprimoramento da eficiência do dispositivo em ambientes hostis. Por meio de técnicas rigorosas de caracterização, incluindo medições de efeito Hall, espectroscopia Raman e difração de raios X (XRD), demonstramos a estabilidade térmica superior, mobilidade de portadora e condutividade elétrica de substratos de SiC tipo P. As descobertas revelam que substratos de SiC tipo P exibem densidades de defeitos mais baixas e uniformidade de dopagem aprimorada em comparação com equivalentes tipo N, tornando-os ideais para dispositivos semicondutores de potência de próxima geração. O estudo conclui com insights sobre a otimização dos processos de crescimento de SiC tipo P, abrindo caminho para dispositivos de alta potência mais confiáveis ​​e eficientes em aplicações industriais e automotivas.

Propriedades do substrato SiC tipo P

1.Propriedades elétricas:

• Tipo de dopagem:Tipo P (normalmente dopado com elementos como alumínio (Al) ou boro (B))
• Lacuna de banda:3,23 eV (para 4H-SiC) ou 3,02 eV (para 6H-SiC), mais amplo que o do silício (1,12 eV), o que permite melhor desempenho em aplicações de alta temperatura.
• Concentração de Portadores:Normalmente na faixa de$\mathrm{<span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:arial,helvetica,sans-serif;">1</span></span>}{\mathrm{<span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:arial,helvetica,sans-serif;">0</span></span>}}^{\mathrm{<span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:arial,helvetica,sans-serif;">15</span></span>}}$10^{15}1015para$\mathrm{<span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:arial,helvetica,sans-serif;">1</span></span>}{\mathrm{<span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:arial,helvetica,sans-serif;">0</span></span>}}^{\mathrm{<span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:arial,helvetica,sans-serif;">19</span></span>}}$10^{19}1019cm${}^{<span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:arial,helvetica,sans-serif;">-</span></span>\mathrm{<span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:arial,helvetica,sans-serif;">3</span></span>}}$^{-3}−3, dependendo do nível de doping.
• Mobilidade do Buraco:Varia de 20 a 100 cm²/V·s, o que é menor que a mobilidade dos elétrons devido à maior massa efetiva dos buracos.
• Resistividade:Varia de baixo (dependendo da concentração de doping) a moderadamente alto, dependendo do nível de doping. Níveis mais altos de doping reduzem a resistividade.

2.Propriedades térmicas:

• Condutividade térmica:O SiC tem alta condutividade térmica, em torno de 3,7-4,9 W/cm·K (dependendo do politipo e da temperatura), o que é muito maior do que o silício (~1,5 W/cm·K). Isso permite dissipação de calor eficaz em dispositivos de alta potência.
• Alto ponto de fusão:Aproximadamente 2700°C, o que o torna adequado para aplicações de alta temperatura.

3.Propriedades mecânicas:

• Dureza:O SiC é um dos materiais mais duros, com uma dureza de Mohs de cerca de 9. Isso o torna altamente resistente ao desgaste físico.
• Módulo de Young:Em torno de 410-450 GPa, indicando forte rigidez mecânica.
• Resistência à fratura:Embora o SiC seja duro, é um tanto quebradiço, com uma tenacidade à fratura de cerca de 3 MPa·m${}^{\mathrm{<span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:arial,helvetica,sans-serif;">1</span></span>}\mathrm{<span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:arial,helvetica,sans-serif;">/</span></span>}\mathrm{<span\; style="font-size:18px;"><span\; style="font-family:arial,helvetica,sans-serif;">2</span></span>}}$^{1/2}1/2.

4.Propriedades químicas:

• Estabilidade química:SiC é quimicamente inerte e altamente resistente à maioria dos ácidos, álcalis e oxidação. Isso o torna adequado para uso em ambientes severos.
• Resistência à oxidação:O SiC forma uma camada protetora de dióxido de silício (SiO₂) quando exposto ao oxigênio em altas temperaturas, o que aumenta sua resistência à oxidação.

5.Propriedades ópticas:

• Transparência:Os substratos de SiC não são opticamente transparentes na luz visível, mas podem ser transparentes no espectro infravermelho, dependendo da concentração e espessura do dopante.

6.Dureza à radiação:

• O SiC apresenta excelente resistência a danos por radiação, o que é benéfico para aplicações espaciais e nucleares.

7.Politipos comuns:

• Os politipos mais comuns de SiC usados ​​em dispositivos eletrônicos são 4H-SiC e 6H-SiC. Esses politipos diferem em sua sequência de empilhamento, o que afeta as propriedades eletrônicas do material, como mobilidade da portadora e bandgap.

Folha de dados do substrato SiC tipo P

Aplicação do substrato SiC tipo P

1.Eletrônica de potência:

• Dispositivos de alta tensão:Substratos SiC tipo P são usados ​​em MOSFETs de potência, diodos Schottky e tiristores para aplicações que exigem alta tensão, alta potência e alta eficiência. Esses dispositivos são cruciais para sistemas de conversão de energia, incluindo aqueles em veículos elétricos, sistemas de energia renovável (por exemplo, inversores solares) e acionamentos de motores industriais.
• Maior eficiência e confiabilidade:A ampla banda do SiC permite que os dispositivos operem em temperaturas, tensões e frequências mais altas do que os dispositivos tradicionais baseados em silício, resultando em maior eficiência e menor tamanho da eletrônica de potência.

2.Dispositivos de RF e micro-ondas:

• Aplicações de alta frequência:Substratos SiC tipo P são usados ​​em amplificadores, mixers e osciladores de RF (Radio Frequency), particularmente em sistemas de comunicação, sistemas de radar e comunicações via satélite. A alta condutividade térmica do SiC garante que esses dispositivos mantenham o desempenho mesmo em operações de alta potência.
• Tecnologia 5G:A capacidade de operar em frequências mais altas e densidades de potência mais altas torna os substratos de SiC ideais para dispositivos na infraestrutura de comunicação 5G.

3.LEDs e dispositivos optoeletrônicos:

• Substratos de LED:O SiC tipo P é usado como material de substrato para produzir LEDs, particularmente para emissão de luz azul e verde. Sua estabilidade térmica e combinação de rede com semicondutores baseados em nitreto (como GaN) o tornam adequado para LEDs de alto brilho usados ​​em iluminação automotiva, displays e iluminação geral.
• Fotodetectores e células solares:Substratos de SiC são empregados em fotodetectores UV e células solares de alta eficiência devido à sua capacidade de suportar ambientes extremos, como altas temperaturas e exposição à radiação.

4.Eletrônicos de alta temperatura:

• Aeroespacial e Defesa:Dispositivos baseados em SiC são ideais para aplicações aeroespaciais e de defesa, incluindo sistemas de controle de motores a jato, onde os componentes devem funcionar de forma confiável em altas temperaturas e sob estresse mecânico extremo.
• Exploração de petróleo e gás:Dispositivos de SiC são usados ​​em sistemas de monitoramento e perfuração de poços, onde componentes eletrônicos de alta temperatura são necessários para suportar os ambientes adversos de poços de petróleo e gás.

5.Aplicações automotivas:

• Veículos elétricos (VEs):Os substratos de SiC tipo P permitem a produção de componentes eletrônicos de potência eficientes usados ​​em inversores de veículos elétricos, carregadores e sistemas de energia de bordo, contribuindo para melhorar o alcance e a velocidade de carregamento em veículos elétricos.
• Motorizações híbridas e elétricas:A maior eficiência e desempenho térmico dos dispositivos de energia SiC os tornam adequados para aplicações de transmissão automotiva, onde reduzir o peso e melhorar a eficiência energética são cruciais.

6.Energia Industrial e Renovável:

• Inversores solares:Os substratos de SiC permitem o desenvolvimento de inversores mais compactos e eficientes em sistemas fotovoltaicos, que convertem energia CC gerada por painéis solares em energia CA.
• Sistemas de energia eólica:Em turbinas eólicas, dispositivos SiC são usados ​​para aumentar a eficiência dos sistemas de conversão de energia, reduzindo perdas de energia e melhorando a confiabilidade geral do sistema.

7.Dispositivos médicos:

• Equipamentos de diagnóstico e imagem médica:Dispositivos baseados em SiC são usados ​​em eletrônicos de alta frequência e alta potência para sistemas de imagem, como tomógrafos computadorizados e máquinas de raio X, onde confiabilidade e gerenciamento térmico são cruciais.