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半導體碳化硅單晶材料的發展

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半導體碳化硅單晶材料的發展

發布日期:2016-08-05 00:00 來源:http://www.itsinmyway.com 點擊:

         這些半導體材料制成的器件大都只能在200℃以下的環境中工作,不能滿足現代電子技術對高溫、高頻、高壓以及抗輻射器件的要求。作為第三代寬帶隙半導體材料的代表,碳化硅(SiC)單晶材料具有禁帶寬度大(~Si的3倍)、熱導率高(~Si的3.3倍或GaAs的10倍)、電子飽和遷移速率高(~Si的2.5倍)和擊穿電場高(~Si的10倍或GaAs的5倍)等性質[1-2],如表1所示。SiC器件在高溫、高壓、高頻、大功率電子器件領域和航天、軍工、核能等環境應用領域有著不可替代的優勢[3-7],彌補了傳統半導體材料器件在實際應用中的缺陷,正逐漸成為功率半導體的主流。


        這種方法主要用于制作SiC磨料,無法滿足半導體要求。直到1955年,首先在實驗室用升華法成功制備出了SiC單晶,如圖2所示,他將SiC 粉料放在石墨坩堝和多孔石墨管之間, 通入惰性氣體(通常用氬氣),在壓力為1atm 條件下,加熱至約2500℃的高溫,SiC 粉料升華分為Si, SiC2和Si2C等氣相組分,在生長體系中溫度梯度產生的驅動力下,氣相組分在溫度較低的多孔石墨管內壁上自發成核生成片狀SiC 晶體,這種方法奠定了毫米級SiC單晶生長的工藝基礎,此后,有關SiC的研究工作展開。1978年,Tairov和Tsvetkov[9]成功的把Lely法與籽晶、溫度梯度等其它晶體生長技術研究中經常考慮的因素巧妙地結合在一起,創造出改良的SiC晶體生長技術,PVT法是目前商品化SiC晶體生長系統的主要方法。


         通常單晶材料半導體材料的晶錠生長是采用元素半導體或化合物半導體熔融液中的直拉單晶法或籽晶凝固法。然而由于熱動力學原因,固態SiC只有在壓強超過1×105atm、溫度超過3200℃時才會熔化。目前,晶體生長實驗室及工廠所擁有的技術手段還無法達到這樣的要求。迄今為止,物理氣相傳輸法(PVT)是生長大尺寸、高質量SiC單晶的好方法,也稱為改良的Lely法或籽晶升華法,這種方法占據了SiC圓晶供應量的90%以上。此外,高溫化學氣相沉積法(HTCVD)也可以用來制備SiC單晶。



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