SiC-Wafer sind für Leistungselektronik, wissenschaftliche oder industrielle Anwendungen erhältlich, Spezifikationen wie:https://www.powerwaywafer.com/sic-wafer/sic-wafer-substrate.html

SiC ist eine binäre Verbindung, die im Verhältnis 1:1 aus den Elementen Si und C gebildet wird und zu 50 % aus Silizium (Si) und zu 50 % aus Kohlenstoff (C) besteht. Seine grundlegende Struktureinheit ist das Si-C-Tetraeder.

1. Anordnung der SiC-Kristallstruktur

1.1 Si-C-Tetraederstruktur

Die Si-Si-Bindungsenergie beträgt 310 kJ/mol, was als die Kraft verstanden werden kann, die erforderlich ist, um diese beiden Atome auseinanderzuziehen. Je höher die Bindungsenergie, desto größer ist die zum Auseinanderziehen erforderliche Kraft. Der Atomabstand der Si-C-Bindung beträgt 1,89 Å und die Bindungsenergie beträgt 447 kJ/mol. Aus der Bindungsenergie ist ersichtlich, dass Halbleitermaterialien auf Siliziumkarbidbasis im Vergleich zu herkömmlichen Halbleitermaterialien auf Siliziumkarbidbasis stabilere chemische Eigenschaften aufweisen. Aus der Grafik ist ersichtlich, dass jedes C-Atom an die nächsten vier Si-Atome gebunden ist, während umgekehrt jedes Si-Atom an die nächsten vier C-Atome gebunden ist.

Abb. 1 Schematische Darstellung der tetraedrischen Si-C-Struktur eines SiC-Kristalls

1.2 SiC-Schichtstruktur

Die SiC-Kristallstruktur kann auch mit der Schichtstrukturmethode beschrieben werden, wie in Abb. 2 dargestellt. Mehrere C-Atome im Kristall besetzen hexagonale Gitterplätze auf derselben Ebene und bilden eine dichte Schicht mit C-Atomen, während Si-Atome ebenfalls hexagonale Gitterplätze besetzen Gitterplätze auf derselben Ebene, wodurch eine dichte Schicht aus Si-Atomen entsteht. Jedes C in der C-Atompackungsschicht ist mit dem nächstgelegenen Si verbunden, und umgekehrt ist auch die Si-Atompackungsschicht dieselbe. Jeweils zwei benachbarte Schichten aus C- und Si-Atomen bilden eine Kohlenstoff-Silizium-Doppelatomschicht. Die Anordnung und Kombination von SiC-Kristallen ist sehr vielfältig und bisher wurden mehr als 200 SiC-Kristallformen entdeckt.

Um die verschiedenen Kristallformen von SiC zu unterscheiden, wird derzeit hauptsächlich die Ramsdell-Methode zur Markierung verwendet. Bei dieser Methode wird eine Kombination aus Buchstaben und Zahlen verwendet, um die verschiedenen Kristallformen von SiC darzustellen. Die Buchstaben am Ende geben den Typ der Kristallzelle an. C steht für die kubische Kristallform, H steht für die hexagonale Kristallform und R steht für die rhombische Kristallform. Die Zahl wird am Anfang platziert, um die Anzahl der Schichten aus zweiatomigen Si-C-Schichten in der sich wiederholenden Grundeinheit anzugeben. Mit Ausnahme von 2H-SiC und 3C-SiC können alle anderen Kristallformen als eine Mischung aus Sphalerit- und Wurtzit-Strukturen betrachtet werden, nämlich als dicht gepackte hexagonale Struktur.

Abb. 2 SiC-Kristallschichtstruktur

2. WasAzu C-PLane und Si-PFahrbahnvon Siliziumkarbid-Wafern?

Die C-Ebene bezieht sich auf die (000-1)-Kristallebene eines SiC-Wafers, bei der es sich um die vom Kristall entlang der negativen Richtung der c-Achse geschnittene Oberfläche handelt. Das Endatom auf dieser Oberfläche sind Kohlenstoffatome. Die Siliziumoberfläche bezieht sich auf die (0001)-Kristallebene eines Siliziumkarbidwafers, bei der es sich um den Oberflächenschnitt entlang der positiven Richtung der c-Achse des Kristalls handelt. Das Endatom auf dieser Oberfläche sind Siliziumatome.

Der Unterschied zwischen der C-Ebene und der Siliziumebene kann die physikalischen und elektrischen Eigenschaften von SiC-Wafern beeinflussen, wie z. B. Wärmeleitfähigkeit, Leitfähigkeit, Trägermobilität, Grenzflächendichte der Zustände usw. Die Auswahl von C-Ebene und Si-Ebene kann beeinflussen auch den Herstellungsprozess und die Leistung von SiC-Geräten, wie etwa epitaktisches Wachstum, Ionenimplantation, Oxidation, Metallabscheidung, Kontaktwiderstand usw.

3. Anwendung von C-PLane und Si-PFahrbahnvon SiC-Wafern

Während des Wachstumsprozesses von SiC-Kristallen weisen sie aufgrund der Unterschiede in der atomaren Anordnungsdichte und der chemischen Stabilität zwischen den Si- und C-Oberflächen unterschiedliche Eigenschaften bei der Materialverarbeitung und Gerätevorbereitung auf.

Die Si-Seite weist in der Regel eine bessere Elektronenmobilität auf und eignet sich als Kanalschicht für leistungselektronische Geräte.

Während die C-Seite in bestimmten spezifischen wissenschaftlichen oder industriellen Anwendungen eine bessere Leistung, wie z. B. eine höhere Wärmeleitfähigkeit, aufweisen kann.

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