Substrato de SiC 4H/6H-P 3C-N 45,5 mm~150,0 mm Z Grau P Grau D Grau

Resumo do substrato SiC 4H/6H-P 3C-N

Este estudo explora as propriedades estruturais e eletrónicas de substratos de carburo de silício (SiC) de politipo 4H/6H integrados com películas de SiC 3C-N cultivadas epitaxialmente.A transição politípica entre 4H/6H-SiC e 3C-N-SiC oferece oportunidades únicas para melhorar o desempenho dos dispositivos semicondutores baseados em SiCAtravés da deposição de vapor químico a alta temperatura (CVD), filmes 3C-SiC são depositados em substratos 4H/6H-SiC, com o objetivo de reduzir a incompatibilidade da rede e as densidades de deslocamento.Análise pormenorizada com difração de raios-X (XRD), microscopia de força atómica (AFM) e microscopia de elétrons de transmissão (TEM) revela o alinhamento epitaxial e morfologia da superfície dos filmes.As medições elétricas indicam uma melhoria da mobilidade do portador e da tensão de ruptura, tornando esta configuração de substrato promissora para aplicações eletrónicas de alta potência e alta frequência da próxima geração.O estudo sublinha a importância da otimização das condições de crescimento para minimizar os defeitos e melhorar a coerência estrutural entre os diferentes politipos de SiC.

Propriedades do substrato 4H/6H-P 3C-N SiC

Os substratos de carburo de silício (SiC) de politipo 4H/6H (P) com filmes de SiC 3C-N (dopados com nitrogénio) apresentam uma combinação de propriedades que são benéficas para vários tipos de alta potência, alta frequência,e aplicações de alta temperaturaEstas são as principais propriedades destes materiais:

1.Politipos e estrutura cristalina:

• 4H-SiC e 6H-SiC:Estas são estruturas cristalinas hexagonais com diferentes sequências de empilhamento de bicamadas de Si-C. O "H" denota simetria hexagonal, e os números se referem ao número de camadas na sequência de empilhamento.
  • 4H-SiC:Oferece maior mobilidade de elétrons e uma faixa de banda mais larga (cerca de 3,2 eV), tornando-o adequado para dispositivos de alta frequência e alta potência.
  • 6H-SiC:Possui uma mobilidade eletrônica e um intervalo de banda ligeiramente menores (cerca de 3,0 eV) em comparação com o 4H-SiC, mas ainda é usado em eletrônicos de potência.
• 3C-SiC (Cúbico):A forma cúbica de SiC (3C-SiC) normalmente tem uma estrutura cristalina mais isotrópica, levando a um crescimento epitaxial mais fácil em substratos com densidades de deslocação mais baixas.36 eV e é favorável para integração com dispositivos electrónicos.

2.Propriedades eletrónicas:

• Ampla banda:O SiC tem uma banda larga que permite que ele opere eficientemente em altas temperaturas e voltagens.
  • 4H-SiC:3.2 eV
  • 6H-SiC:30,0 eV
  • 3C-SiC:2.36 eV
• Campo elétrico de alta degradação:O campo elétrico de alta quebra (~ 3-4 MV / cm) torna esses materiais ideais para dispositivos de energia que precisam suportar altas tensões sem quebrar.
• Mobilidade dos transportadores:
  • 4H-SiC:Alta mobilidade eletrônica (~ 800 cm2/Vs) em comparação com 6H-SiC.
  • 6H-SiC:Mobilidade moderada dos elétrons (~ 400 cm2/Vs).
  • 3C-SiC:A forma cúbica normalmente tem maior mobilidade eletrônica do que as formas hexagonais, tornando-a desejável para dispositivos eletrônicos.

3.Propriedades térmicas:

• Alta condutividade térmica:O SiC possui excelente condutividade térmica (~3-4 W/cm·K), permitindo uma dissipação de calor eficiente, o que é crucial para a eletrônica de alta potência.
• Estabilidade térmica:O SiC permanece estável a temperaturas superiores a 1000°C, tornando-o adequado para ambientes de alta temperatura.

4.Propriedades mecânicas:

• Alta dureza e resistência:O SiC é um material extremamente duro (dureza de Mohs de 9,5), tornando-o resistente ao desgaste e aos danos mecânicos.
• Módulo de Alta Juventude:Tem um elevado módulo de Young (~410 GPa), contribuindo para a sua rigidez e durabilidade em aplicações mecânicas.

5.Propriedades químicas:

• Estabilidade química:O SiC é altamente resistente à corrosão e oxidação químicas, o que o torna adequado para ambientes adversos, incluindo aqueles com gases e produtos químicos corrosivos.
• Baixa reatividade química:Esta propriedade aumenta ainda mais a sua estabilidade e desempenho em aplicações exigentes.

6.Propriedades optoeletrônicas:

• Fotoluminescência:O 3C-SiC apresenta fotoluminescência, tornando-o útil em dispositivos optoeletrônicos, particularmente aqueles que operam na faixa ultravioleta.
• Alta sensibilidade UV:A ampla distância de banda dos materiais SiC permite que eles sejam usados em detectores UV e outras aplicações optoeletrônicas.

7.Características do doping:

• Dopagem por azoto (tipo N):O nitrogênio é frequentemente usado como um dopante de tipo n no 3C-SiC, o que aumenta sua condutividade e concentração de transportador de elétrons.O controlo preciso dos níveis de dopagem permite ajustar as propriedades elétricas do substrato.

8.Aplicações:

• Eletrónica de Potência:A alta tensão de quebra, a ampla faixa de bandas e a condutividade térmica tornam esses substratos ideais para dispositivos eletrônicos de potência, como MOSFETs, IGBTs e diodos Schottky.
• Dispositivos de alta frequência:A alta mobilidade de elétrons em 4H-SiC e 3C-SiC permite uma operação eficiente de alta frequência, tornando-os adequados para aplicações de RF e microondas.
• Optoeletrónica:As propriedades ópticas do 3C-SiC o tornam um candidato para detectores UV e outras aplicações fotônicas.

Essas propriedades tornam a combinação de 4H/6H-P e 3C-N SiC um substrato versátil para uma ampla gama de aplicações eletrônicas, optoeletrônicas e de alta temperatura avançadas.

Foto do substrato 4H/6H-P 3C-N SiC

Aplicações do substrato 4H/6H-P 3C-N SiC

A combinação de substratos 4H/6H-P e 3C-N SiC tem uma gama de aplicações em várias indústrias, particularmente em dispositivos de alta potência, alta temperatura e alta frequência.Abaixo estão algumas das principais aplicações:

1.Eletrónica de Potência:

• Dispositivos de alimentação de alta tensão:A largura de banda e o campo elétrico de alta degradação de 4H-SiC e 6H-SiC tornam esses substratos ideais para dispositivos de energia como MOSFETs, IGBTs,e diodos Schottky que precisam operar a altas tensões e correntesEstes dispositivos são utilizados em veículos elétricos (VE), motores industriais e redes de energia.
• Conversão de potência de alta eficiência:Os dispositivos baseados em SiC permitem uma conversão de energia eficiente com perdas de energia mais baixas, tornando-os adequados para aplicações como inversores em sistemas de energia solar, turbinas eólicas,e transmissão de energia elétrica.

2.Aplicações de alta frequência e RF:

• Dispositivos de RF e microondas:A alta mobilidade eletrônica e a tensão de ruptura do 4H-SiC o tornam adequado para dispositivos de radiofrequência (RF) e microondas.e comunicações por satélite, onde a operação de alta frequência e a estabilidade térmica são essenciais.
• Telecomunicações 5G:Os substratos de SiC são utilizados em amplificadores de potência e switches para redes 5G devido à sua capacidade de lidar com sinais de alta frequência com baixas perdas de potência.

3.Aeronáutica e Defesa:

• Sensores e eletrónica de alta temperatura:A estabilidade térmica e a resistência à radiação do SiC o tornam adequado para aplicações aeroespaciais e de defesa.e condições adversas encontradas na exploração espacial, equipamento militar e sistemas de aviação.
• Sistemas de alimentação:A eletrônica de potência baseada em SiC é utilizada em sistemas de alimentação de aeronaves e naves espaciais para melhorar a eficiência energética e reduzir o peso e os requisitos de refrigeração.

4.Indústria automóvel:

• Veículos elétricos (VE):Os substratos de SiC são cada vez mais utilizados na eletrônica de potência para veículos elétricos, como inversores, carregadores integrados e conversores CC-CC.A elevada eficiência do SiC ajuda a prolongar a vida útil da bateria e a aumentar a autonomia dos veículos elétricos.
• Estações de carregamento rápido:Os dispositivos SiC permitem uma conversão de energia mais rápida e eficiente nas estações de carregamento rápido de veículos elétricos, ajudando a reduzir os tempos de carregamento e a melhorar a eficiência da transferência de energia.

5.Aplicações industriais:

• Motor de condução e comando:A eletrônica de potência baseada em SiC é utilizada em motores industriais para controlar e regular grandes motores elétricos com alta eficiência.e automação.
• Sistemas de energia renovável:Os substratos de SiC são cruciais em sistemas de energia renovável, como inversores solares e controladores de turbinas eólicas, onde a conversão eficiente de energia e a gestão térmica são necessárias para uma operação confiável.

6.Dispositivos médicos:

• Equipamento médico de alta precisão:A estabilidade química e a biocompatibilidade do SiC permitem o seu uso em dispositivos médicos, como sensores implantáveis, equipamentos de diagnóstico e lasers médicos de alta potência.Sua capacidade de operar em altas frequências com baixas perdas de energia é essencial em aplicações médicas de precisão.
• Eletrônicos resistentes à radiação:A resistência do SiC à radiação torna-o adequado para dispositivos médicos de imagem e equipamentos de radioterapia, onde a confiabilidade e precisão são cruciais.

7.Optoeletrónica:

• Detectores e fotodetectores UV:O bandgap do 3C-SiC o torna sensível à luz ultravioleta (UV), tornando-o útil para detectores UV em aplicações de monitoramento industrial, científico e ambiental.Estes detectores são usados na detecção de chamas, telescópios espaciais e análise química.
• LEDs e lasers:Os substratos de SiC são utilizados em diodos emissores de luz (LEDs) e diodos a laser, particularmente em aplicações que exigem alto brilho e durabilidade, como iluminação automotiva, ecrãs,e iluminação de estado sólido.

8.Sistemas energéticos:

• Transformadores de estado sólido:Os dispositivos de potência de SiC são usados em transformadores de estado sólido, que são mais eficientes e compactos do que os transformadores tradicionais.
• Sistemas de gestão de baterias:Os dispositivos de SiC nos sistemas de gestão de baterias melhoram a eficiência e a segurança dos sistemas de armazenamento de energia utilizados em instalações de energia renovável e veículos elétricos.

9.Fabricação de semicondutores:

• Substratos de crescimento epitaxial:A integração de 3C-SiC em substratos 4H/6H-SiC é importante para reduzir defeitos nos processos de crescimento epitaxial, levando a um melhor desempenho do dispositivo semicondutor.Isto é particularmente vantajoso na produção de transistores de alto desempenho e circuitos integrados.
• Dispositivos GaN-on-SiC:Os substratos de SiC são usados para epitaxia de nitreto de gálio (GaN) em dispositivos semicondutores de alta frequência e alta potência.,e sistemas de radar.

10.Ambientes adversos Eletrónica:

• Exploração de petróleo e gás:Os dispositivos de SiC são usados em eletrônicos para perfuração de poços e exploração de petróleo, onde devem suportar altas temperaturas, pressões e ambientes corrosivos.
• Automatização industrial:Em ambientes industriais adversos com altas temperaturas e exposição química, a eletrônica baseada em SiC fornece confiabilidade e durabilidade para sistemas de automação e controle.

Essas aplicações destacam a versatilidade e a importância dos substratos 4H/6H-P 3C-N SiC no avanço da tecnologia moderna em uma série de indústrias.

Perguntas e respostas

Qual é a diferença entre 4H-SiC e 6H-SiC?

Em resumo, ao escolher entre 4H-SiC e 6H-SiC: opte por 4H-SiC para eletrônicos de alta potência e alta frequência onde a gestão térmica é crítica.Escolher 6H-SiC para aplicações que priorizem a emissão de luz e a durabilidade mecânica, incluindo LEDs e componentes mecânicos.

Palavras-chave: Wafer de carburo de silício