Разлики между SiC кристали с различни структури

Силициев карбид (SiC)е материал, който притежава изключителна термична, физическа и химическа стабилност, проявявайки свойства, които надхвърлят тези на конвенционалните материали. Неговата топлопроводимост е удивителните 84 W/(m·K), което е не само по-високо от това на медта, но и три пъти повече от това на силиция. Това демонстрира неговия огромен потенциал за използване в приложения за управление на топлината. Забранената зона на SiC е приблизително три пъти по-голяма от тази на силиция, а напрегнатостта на електрическото му поле на пробив е с порядък по-голяма от тази на силиция. Това означава, че SiC може да осигури по-висока надеждност и ефективност при приложения с високо напрежение. Освен това, SiC все още може да поддържа добра електрическа проводимост при високи температури от 2000°C, което е сравнимо с графита. Това го прави идеален полупроводников материал в среда с висока температура. Корозионната устойчивост на SiC също е изключително изключителна. Тънкият слой от SiO2, образуван на повърхността му, ефективно предотвратява по-нататъшното окисляване, което го прави устойчив на почти всички известни корозивни агенти при стайна температура. Това гарантира приложението му в тежки условия.

По отношение на кристалната структура разнообразието на SiC се отразява в неговите повече от 200 различни кристални форми, характеристика, приписвана на разнообразните начини, по които атомите са плътно опаковани в неговите кристали. Въпреки че има много кристални форми, тези кристални форми могат да бъдат грубо разделени на две категории: β-SiC с кубична структура (структура на цинкова смес) и α-SiC с хексагонална структура (структура на вюрцит). Това структурно разнообразие не само обогатява физичните и химичните свойства на SiC, но също така предоставя на изследователите повече възможности за избор и гъвкавост при проектирането и оптимизирането на базирани на SiC полупроводникови материали.

Сред многото кристални форми на SiC най-често срещаните включват3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC и 15R-SiC. Разликата между тези кристални форми се отразява главно в тяхната кристална структура. 3C-SiC, известен също като кубичен силициев карбид, проявява характеристиките на кубична структура и е най-простата структура сред SiC. SiC с шестоъгълна структура може допълнително да се подраздели на 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC и други типове според различни атомни подредби. Тези класификации отразяват начина, по който атомите са опаковани вътре в кристала, както и симетрията и сложността на решетката.

Забранената лента е ключов параметър, който определя температурния диапазон и нивото на напрежение, в които могат да работят полупроводниковите материали. Сред няколкото кристални форми на SiC, 2H-SiC има най-високата ширина на забранената лента от 3,33 eV, което показва неговата отлична стабилност и производителност при екстремни условия; 4H-SiC следва плътно, с ширина на забранената лента от 3,26 eV; 6H-SiC има малко по-ниска ширина на лентата от 3,02 eV, докато 3C-SiC има най-ниската ширина на лентата от 2,39 eV, което го прави по-широко използван при по-ниски температури и напрежения.

Ефективната маса на отворите е важен фактор, влияещ върху подвижността на отворите на материалите. Ефективната маса на дупката на 3C-SiC е 1,1m0, което е относително ниско, което показва, че подвижността на дупката е добра. Ефективната маса на дупката на 4H-SiC е 1,75m0 върху основната равнина на шестоъгълната структура и 0,65m0, когато е перпендикулярна на основната равнина, което показва разликата в неговите електрически свойства в различни посоки. Ефективната маса на дупките на 6H-SiC е подобна на тази на 4H-SiC, но малко по-ниска като цяло, което оказва влияние върху подвижността на носителя. Ефективната маса на електрона варира в границите 0,25-0,7m0 в зависимост от конкретната кристална структура.

Подвижността на носителя е мярка за това колко бързо се движат електрони и дупки в даден материал. 4H-SiC се представя добре в това отношение. Неговата подвижност на дупки и електрони е значително по-висока от 6H-SiC, което прави 4H-SiC по-добра производителност в силови електронни устройства.

От гледна точка на цялостното представяне, всяка кристална форма наSiCима своите уникални предимства. 6H-SiC е подходящ за производството на оптоелектронни устройства поради своята структурна стабилност и добри луминисцентни свойства.3C-SiCе подходящ за високочестотни и мощни устройства поради високата си скорост на дрейф на наситени електрони. 4H-SiC се превърна в идеален избор за силови електронни устройства поради високата си подвижност на електроните, ниско съпротивление при включване и висока плътност на тока. Всъщност 4H-SiC е не само полупроводниковият материал от трето поколение с най-добра производителност, най-висока степен на комерсиализация и най-зрялата технология, той е и предпочитаният материал за производство на силови полупроводникови устройства при високо налягане, високо температури и устойчиви на радиация среди.