SiC-Substrat 4H/6H-P 3C-N 45,5 mm bis 150,0 mm Z-Klasse P-Klasse D-Klasse

4H/6H-P 3C-N SiC Substrat Abstract

Diese Studie untersucht die strukturellen und elektronischen Eigenschaften von 4H/6H-Polytyp Siliziumkarbid (SiC) -Substraten, die mit epitaxial angebauten 3C-N SiC-Filmen integriert sind.Der polytypische Übergang zwischen 4H/6H-SiC und 3C-N-SiC bietet einzigartige Möglichkeiten zur Verbesserung der Leistung von SiC-basierten HalbleitergerätenDurch hochtemperaturschemische Dampfdeposition (CVD) werden 3C-SiC-Filme auf 4H/6H-SiC-Substraten abgelagert, mit dem Ziel, Gitterunterschiede und Verwerfungsdichten zu reduzieren.Detaillierte Analyse mittels Röntgendiffraktion (XRD), Atomkraftmikroskopie (AFM) und Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM) zeigt die epitaxiale Ausrichtung und Oberflächenmorphologie der Filme.Elektrische Messungen zeigen eine verbesserte Trägermobilität und eine verbesserte Ausfallspannung, so dass diese Substratkonfiguration für hochleistungsfähige und hochfrequente elektronische Anwendungen der nächsten Generation vielversprechend ist.Die Studie betont, wie wichtig es ist, die Wachstumsbedingungen zu optimieren, um Defekte zu minimieren und die strukturelle Kohärenz zwischen den verschiedenen SiC-Polytypen zu verbessern..

Eigenschaften des 4H/6H-P 3C-N SiC-Substrats

Die 4H/6H-Polytyp (P) Siliziumkarbid (SiC) -Substrate mit 3C-N-SiC-Filmen (mit Stickstoffdopping) weisen eine Kombination von Eigenschaften auf, die für verschiedene Hochleistungs-, Hochfrequenz-,und HochtemperaturanwendungenHier sind die wichtigsten Eigenschaften dieser Materialien:

1.Polytypen und Kristallstruktur:

• 4H-SiC und 6H-SiC:Dies sind hexagonale Kristallstrukturen mit unterschiedlichen Stapelfolgen von Si-C-Doppelschichten. Das "H" bezeichnet die hexagonale Symmetrie und die Zahlen beziehen sich auf die Anzahl der Schichten in der Stapelfolge.
  • 4H-SiC:Er bietet eine höhere Elektronenmobilität und eine größere Bandbreite (ca. 3,2 eV), was ihn für Hochfrequenz- und Hochleistungsgeräte geeignet macht.
  • 6H-SiC:Hat eine etwas geringere Elektronenmobilität und Bandlücke (ca. 3,0 eV) im Vergleich zu 4H-SiC, wird aber immer noch in der Leistungselektronik verwendet.
• 3C-SiC (Kubic):Die kubische Form von SiC (3C-SiC) hat typischerweise eine isotropere Kristallstruktur, was zu einem leichteren epitaxialen Wachstum auf Substraten mit niedrigeren Dislokationsdichten führt.36 eV und eignet sich für die Integration in elektronische Geräte.

2.Elektronische Eigenschaften:

• Weite Bandbreite:SiC verfügt über eine breite Bandlücke, die es ermöglicht, bei hohen Temperaturen und Spannungen effizient zu arbeiten.
  • 4H-SiC:3.2 eV
  • 6H-SiC:30,0 eV
  • 3C-SiC:2.36 eV
• Elektrofeld mit hoher Auflösung:Das hohe elektrische Feld (~3-4 MV/cm) macht diese Materialien ideal für Leistungseinrichtungen, die hohen Spannungen ohne Ausfall standhalten müssen.
• Mobilität der Träger:
  • 4H-SiC:Hohe Elektronenmobilität (~ 800 cm2/Vs) im Vergleich zu 6H-SiC.
  • 6H-SiC:Moderate Elektronenmobilität (~ 400 cm2/Vs).
  • 3C-SiC:Die kubische Form hat typischerweise eine höhere Elektronenmobilität als die hexagonalen Formen, was sie für elektronische Geräte wünschenswert macht.

3.Thermische Eigenschaften:

• Hochwärmeleitfähigkeit:SiC hat eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit (~3-4 W/cm·K), was eine effiziente Wärmeableitung ermöglicht, die für Hochleistungselektronik von entscheidender Bedeutung ist.
• Thermische Stabilität:SiC bleibt bei Temperaturen über 1000°C stabil und eignet sich somit für hochtemperaturbedingte Umgebungen.

4.Mechanische Eigenschaften:

• Hohe Härte und Festigkeit:SiC ist ein äußerst hartes Material (Mohs-Härte von 9,5), weshalb es gegen Verschleiß und mechanische Beschädigungen beständig ist.
• High Young's Modulus:Es hat einen hohen Youngs-Modul (~410 GPa), was zu seiner Steifigkeit und Haltbarkeit bei mechanischen Anwendungen beiträgt.

5.Chemische Eigenschaften:

• Chemische Stabilität:SiC ist sehr widerstandsfähig gegen chemische Korrosion und Oxidation, was es für raue Umgebungen geeignet macht, einschließlich solcher mit korrosiven Gasen und Chemikalien.
• Niedrige chemische Reaktivität:Diese Eigenschaft erhöht seine Stabilität und Leistung bei anspruchsvollen Anwendungen weiter.

6.Optoelektronische Eigenschaften:

• Lichtleuchten:3C-SiC weist Photolumineszenz auf, was es in optoelektronischen Geräten, insbesondere in dem ultravioletten Bereich, nützlich macht.
• Hohe UV-Empfindlichkeit:Durch die große Bandbreite von SiC-Materialien können sie in UV-Detektoren und anderen optoelektronischen Anwendungen eingesetzt werden.

7.Dopingmerkmale:

• Stickstoffdoping (N-Typ):Stickstoff wird häufig als N-Typ-Dopant in 3C-SiC verwendet, was seine Leitfähigkeit und die Konzentration des Elektronenträgers erhöht.Durch die präzise Kontrolle der Dopingspiegel können die elektrischen Eigenschaften des Substrats fein abgestimmt werden..

8.Anwendungen:

• Leistungselektronik:Die hohe Abbruchspannung, die breite Bandbreite und die Wärmeleitfähigkeit machen diese Substrate ideal für Leistungselektronikgeräte wie MOSFETs, IGBTs und Schottky-Dioden.
• Hochfrequenzgeräte:Die hohe Elektronenmobilität in 4H-SiC und 3C-SiC ermöglicht einen effizienten Hochfrequenzbetrieb, der sie für HF- und Mikrowellenanwendungen geeignet macht.
• Optoelektronik:Die optischen Eigenschaften von 3C-SiC machen es zu einem Kandidaten für UV-Detektoren und andere photonische Anwendungen.

Diese Eigenschaften machen die Kombination aus 4H/6H-P und 3C-N SiC zu einem vielseitigen Substrat für eine Vielzahl von fortschrittlichen elektronischen, optoelektronischen und hochtemperaturen Anwendungen.

Foto des 4H/6H-P 3C-N SiC-Substrats

Anwendungen von 4H/6H-P 3C-N SiC-Substraten

Die Kombination aus 4H/6H-P und 3C-N SiC-Substraten hat eine Reihe von Anwendungen in verschiedenen Branchen, insbesondere in Hochleistungs-, Hochtemperatur- und Hochfrequenzgeräten.Im Folgenden sind einige der wichtigsten Anwendungen aufgeführt::

1.Leistungselektronik:

• Hochspannungs-Leistungsgeräte:Die breite Bandbreite und das hohe elektrische Feld von 4H-SiC und 6H-SiC machen diese Substrate ideal für Stromgeräte wie MOSFETs, IGBTs,und Schottky-Dioden, die bei hohen Spannungen und Strömen arbeiten müssenDiese Geräte werden in Elektrofahrzeugen (EVs), industriellen Motorantrieben und Stromnetzen eingesetzt.
• Leistungsumwandlung mit hohem Wirkungsgrad:SiC-basierte Geräte ermöglichen eine effiziente Energieumwandlung mit geringeren Energieverlusten, was sie für Anwendungen wie Wechselrichter in Solarsystemen, Windkraftanlagen,und elektrische Energieübertragung.

2.Hochfrequenz- und HF-Anwendungen:

• HF- und Mikrowellengeräte:Die hohe Elektronenmobilität und die Abbruchspannung von 4H-SiC machen es für Funkfrequenz- (RF) und Mikrowellengeräte geeignet.und Satellitenkommunikation, bei denen Hochfrequenzbetrieb und thermische Stabilität unerlässlich sind.
• 5G-Telekommunikation:SiC-Substrate werden in Leistungsverstärkern und -schaltern für 5G-Netzwerke verwendet, da sie hohe Frequenzsignale mit geringen Leistungsverlusten verarbeiten können.

3.Luftfahrt und Verteidigung:

• Hochtemperatursensoren und -elektronik:Die thermische Stabilität und Strahlungsbeständigkeit von SiC machen es für Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsanwendungen geeignet.und schwierige Bedingungen in der Raumfahrt, militärische Ausrüstung und Luftfahrtsysteme.
• Stromversorgungssysteme:SiC-basierte Leistungselektronik wird in Flugzeug- und Raumfahrzeugstromversorgungssystemen verwendet, um die Energieeffizienz zu verbessern und Gewichts- und Kühlanforderungen zu reduzieren.

4.Automobilindustrie:

• Elektrofahrzeuge (EV):SiC-Substrate werden zunehmend in der Leistungselektronik für Elektrofahrzeuge wie Wechselrichter, eingebaute Ladegeräte und Gleichspannungskonverter verwendet.Der hohe Wirkungsgrad von SiC trägt dazu bei, die Akkulaufzeit zu verlängern und die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu erhöhen.
• Schnellladestationen:SiC-Geräte ermöglichen eine schnellere und effizientere Stromumwandlung in Schnellladestationen für Elektrofahrzeuge, wodurch die Ladezeiten verkürzt und die Effizienz der Energieübertragung verbessert werden.

5.Industrieanwendungen:

• Motorantriebe und Steuerungen:SiC-basierte Leistungselektronik wird in industriellen Antrieben verwendet, um große Elektromotoren mit hohem Wirkungsgrad zu steuern und zu regulieren.und Automatisierung.
• Erneuerbare Energiesysteme:SiC-Substrate sind in erneuerbaren Energiesystemen wie Solarumrichter und Windturbinen-Steuerungen von entscheidender Bedeutung, wo eine effiziente Energieumwandlung und ein thermisches Management für einen zuverlässigen Betrieb erforderlich sind.

6.Medizinprodukte:

• Medizinische Geräte mit hoher Präzision:Die chemische Stabilität und Biokompatibilität von SiC ermöglichen seine Verwendung in medizinischen Geräten wie implantierbaren Sensoren, diagnostischen Geräten und leistungsstarken medizinischen Laser.Seine Fähigkeit, bei hohen Frequenzen mit geringen Stromverlusten zu arbeiten, ist für Präzisionsmedizin unerlässlich..
• Strahlungsgehärteter Elektronik:SiC ist aufgrund seiner Strahlungsbeständigkeit für medizinische Bildgebungsgeräte und Strahlentherapiegeräte geeignet, wo Zuverlässigkeit und Präzision von entscheidender Bedeutung sind.

7.Optoelektronik:

• UV-Detektoren und Photodetektoren:Die Bandlücke von 3C-SiC macht es empfindlich auf ultraviolettes (UV) Licht, was es für UV-Detektoren in industriellen, wissenschaftlichen und Umweltüberwachungsanwendungen nützlich macht.Diese Detektoren werden bei der Flammdetektion verwendet., Weltraumteleskope und chemische Analysen.
• LEDs und Laser:SiC-Substrate werden in Lichtdioden (LEDs) und Laserdioden verwendet, insbesondere in Anwendungen, die eine hohe Helligkeit und Langlebigkeit erfordern, wie beispielsweise bei Automobilbeleuchtung, Bildschirmen,und Festkörperbeleuchtung.

8.Energiesysteme:

• mit einer Leistung von mehr als 1000 WSiC-Leistungseinrichtungen werden in Festkörpertransformatoren eingesetzt, die effizienter und kompakter sind als herkömmliche Transformatoren.
• Batteriemanagementsysteme:SiC-Geräte in Batteriemanagementsystemen verbessern die Effizienz und Sicherheit von Energiespeichern in Anlagen für erneuerbare Energien und Elektrofahrzeugen.

9.Halbleiterherstellung:

• Epitaxialwachstumssubstrate:Die Integration von 3C-SiC auf 4H/6H-SiC-Substrate ist wichtig, um Defekte in epitaxialen Wachstumsprozessen zu reduzieren, was zu einer verbesserten Leistung von Halbleitergeräten führt.Dies ist insbesondere bei der Herstellung von Hochleistungstransistoren und integrierten Schaltungen von Vorteil.
• Geräte mit GaN-on-SiC:SiC-Substrate werden für Galliumnitrid (GaN) -Epitaxie in Hochfrequenz- und Hochleistungs-Halbleitergeräten verwendet.,und Radarsysteme.

10.Harsh Environment Elektronik:

• Exploration von Öl und Gas:SiC-Geräte werden in der Elektronik für Bohrungen in Bohrungen und Ölförderung eingesetzt, wo sie hohen Temperaturen, Druck und korrosiven Umgebungen standhalten müssen.
• Industrieautomation:In rauen Industrieumgebungen mit hohen Temperaturen und chemischer Exposition bieten SiC-basierte Elektronik Zuverlässigkeit und Langlebigkeit für Automatisierungs- und Steuerungssysteme.

Diese Anwendungen unterstreichen die Vielseitigkeit und Bedeutung von 4H/6H-P 3C-N SiC-Substraten bei der Weiterentwicklung moderner Technologien in einer Reihe von Branchen.

Fragen und Antworten

Was ist der Unterschied zwischen 4H-SiC und 6H-SiC?

Kurz gesagt, bei der Wahl zwischen 4H-SiC und 6H-SiC: Wählen Sie 4H-SiC für Hochleistungs- und Hochfrequenzelektronik, bei der das thermische Management entscheidend ist.Wählen Sie 6H-SiC für Anwendungen, bei denen Lichtemissionen und mechanische Haltbarkeit im Vordergrund stehen, einschließlich LEDs und mechanischer Bauteile.

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