Diferențele dintre cristalele de SiC cu structuri diferite

Carbură de siliciu (SiC)este un material care posedă o stabilitate termică, fizică și chimică excepțională, prezentând proprietăți care depășesc cele ale materialelor convenționale. Conductivitatea sa termică este uimitoare de 84 W/(m·K), care este nu numai mai mare decât cuprul, ci și de trei ori mai mare decât cea a siliciului. Acest lucru demonstrează potențialul său enorm de utilizare în aplicații de management termic. Bandgap-ul SiC este de aproximativ trei ori mai mare decât cel al siliciului, iar puterea câmpului electric de descompunere este cu un ordin de mărime mai mare decât siliciul. Aceasta înseamnă că SiC poate oferi fiabilitate și eficiență mai ridicate în aplicațiile de înaltă tensiune. În plus, SiC poate menține o conductivitate electrică bună la temperaturi ridicate de 2000 ° C, ceea ce este comparabil cu grafitul. Acest lucru îl face un material semiconductor ideal în medii cu temperaturi ridicate. Rezistența la coroziune a SiC este, de asemenea, extrem de remarcabilă. Stratul subțire de SiO2 format pe suprafața sa previne eficient oxidarea ulterioară, făcându-l rezistent la aproape toți agenții corozivi cunoscuți la temperatura camerei. Acest lucru asigură aplicarea sa în medii dure.

În ceea ce privește structura cristalină, diversitatea SiC se reflectă în cele peste 200 de forme cristaline diferite, o caracteristică atribuită diverselor moduri în care atomii sunt împachetati dens în cristalele sale. Deși există multe forme cristaline, aceste forme cristaline pot fi împărțite aproximativ în două categorii: β-SiC cu structură cubică (structură de amestec de zinc) și α-SiC cu structură hexagonală (structură wurtzită). Această diversitate structurală nu numai că îmbogățește proprietățile fizice și chimice ale SiC, dar oferă și cercetătorilor mai multe opțiuni și flexibilitate atunci când proiectează și optimizează materiale semiconductoare pe bază de SiC.

Printre multele forme de cristal de SiC, cele mai comune includ3C-Sic, 4H-SiC, 6H-SiC şi 15R-SiC. Diferența dintre aceste forme de cristal se reflectă în principal în structura lor cristalină. 3C-SiC, cunoscut și sub numele de carbură de siliciu cubică, prezintă caracteristicile unei structuri cubice și este cea mai simplă structură dintre SiC. SiC cu structură hexagonală poate fi subdivizat în continuare în 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC și alte tipuri în funcție de diferite aranjamente atomice. Aceste clasificări reflectă modul în care atomii sunt împachetati în interiorul cristalului, precum și simetria și complexitatea rețelei.

Intervalul de bandă este un parametru cheie care determină domeniul de temperatură și nivelul de tensiune în care pot funcționa materialele semiconductoare. Dintre mai multe forme cristaline de SiC, 2H-SiC are cea mai mare lățime de bandgap de 3,33 eV, indicând stabilitatea și performanța sa excelentă în condiții extreme; 4H-SiC urmează îndeaproape, cu o lățime a intervalului de bandă de 3,26 eV; 6H-SiC are o bandgap ușor mai mică de 3,02 eV, în timp ce 3C-SiC are cea mai mică bandgap de 2,39 eV, făcându-l mai utilizat la temperaturi și tensiuni mai scăzute.

Masa efectivă a găurilor este un factor important care afectează mobilitatea materialelor în găuri. Masa efectivă a găurii a 3C-SiC este de 1,1 m0, ceea ce este relativ scăzut, ceea ce indică faptul că mobilitatea găurii este bună. Masa efectivă a găurii a 4H-SiC este de 1,75 m0 pe planul de bază al structurii hexagonale și de 0,65 m0 atunci când este perpendicular pe planul de bază, arătând diferența în proprietățile sale electrice în direcții diferite. Masa efectivă a găurii a 6H-SiC este similară cu cea a 4H-SiC, dar în general puțin mai mică, ceea ce are un impact asupra mobilității purtătorului său. Masa efectivă a electronului variază în intervalul 0,25-0,7m0, în funcție de structura cristalină specifică.

Mobilitatea purtătorului este o măsură a cât de repede se mișcă electronii și găurile într-un material. 4H-SiC funcționează bine în acest sens. Mobilitatea găurii și a electronilor sunt semnificativ mai mari decât 6H-SiC, ceea ce face ca 4H-SiC să fie o performanță mai bună în dispozitivele electronice de putere.

Din perspectiva performanței cuprinzătoare, fiecare formă de cristal deSicare avantajele sale unice. 6H-SiC este potrivit pentru fabricarea dispozitivelor optoelectronice datorită stabilității sale structurale și proprietăților bune de luminiscență.3C-Siceste potrivit pentru dispozitive de înaltă frecvență și de mare putere datorită vitezei sale mari de deplasare a electronilor saturati. 4H-SiC a devenit o alegere ideală pentru dispozitivele electronice de putere datorită mobilității ridicate a electronilor, rezistenței scăzute la pornire și densității mari de curent. De fapt, 4H-SiC nu este doar materialul semiconductor de a treia generație cu cea mai bună performanță, cel mai înalt grad de comercializare și cea mai matură tehnologie, este și materialul preferat pentru fabricarea dispozitivelor semiconductoare de putere în înaltă presiune, înaltă presiune. temperatură și medii rezistente la radiații.