天津碳化硅衬底4寸导电
此外,碳化硅材料的重要用途还包括:微波器件衬底[3]、石墨烯外延衬底[4]、人工钻石。碳化硅(指半绝缘型)是射频微波器件的理想衬底材料,以之为衬底的微波器件其输出功率密度是砷化镓(GaAs)器件的10倍以上,工作频率达到100GHz以上,可以***提高雷达、通信、电子对抗以及智能武器的整体性能和可靠性,使用碳化硅基微波器件的雷达其测距由原来的80~100km提升到现在的超过300km。在碳化硅衬底上外延生长石墨烯,可望制造高性能的石墨烯集成电路,是当前国际研发的热点,IBM(美国)已经投入了巨资进行研发[5],并取得了重要进展,在半绝缘型碳化硅上创建了全球较早全功能石墨烯集成电路[6]。碳化硅晶体的硬度仅次于钻石,其明亮度、光泽度和火彩甚至超过了钻石,基于碳化硅的人工钻石(莫桑钻)也已经面市。碳化硅半导体(这里指4H-SiC)是新一代宽禁带半导体。天津碳化硅衬底4寸导电
功率半导体多被用于转换器及逆变器等电力转换器进行电力控制。目前,功 率半导体材料正迎来材料更新换代,这些新材料就是SiC(碳化硅)和GaN(氮化镓),二者的物理特性均优于现在使用的Si(硅),作为节能***受到了电力公司、汽车厂商和电子厂商等的极大期待。将Si换成GaN或SiC等化合物半导体,可大幅提高产品效率并缩小尺寸,这是Si功率半导体元件(以下简称功率元件)无法实现的。 目前,很多领域都将Si二极管、MOSFET及IGBT(绝缘栅双极晶体管)等晶体管用作功率元件,比如供电系统、电力机车、混合动力汽车、工厂内的生产设备、光伏发电系统的功率调节器、空调等白色家电、服务器及个人电脑等。这些领域利用的功率元件的材料也许不久就将被GaN和SiC所替代。天津碳化硅衬底4寸导电碳化硅在大功率LED方面具有非常大的优势。
在半导体行业的发展进程中,人们通常把Si和Ge元素半导体称为***代电子材料,把GaAs、InP、InAs等化合物半导体称为第二代半导体材料,而把Ⅲ族氮化物(主要包括GaN、相关化合物InN、AIN及其合金)、SiC、InSe、金刚石等宽带隙的化合物半导体称为第三代半导体材料。
碳化硅晶体(sic)结构具有同质多型的特点,其基本结构是Si-C四面体结构。它是由四个Si原子形成的四面体包围一个碳原子组成,按相同的方式一个Si原子也被四个碳原子的四面体包围,属于密堆积结构。
SiC由Si原子和C原子组成,其晶体结构具有同质多型体的特点,在半导体领域最常见的是具有立方闪锌矿结构的3C-SiC和六方纤锌矿结构的4H-SiC和6H-SiC。21世纪以来以Si为基本材料的微电子机械系统(MEMS)已有长足的发展,随着MEMS应用领域的不断扩展,Si材料本身的性能局限性制约了Si基MEMS在高温、高频、强辐射及化学腐蚀等极端条件下的应用。因此寻找Si的新型替代材料正日益受到重视。在众多半导体材料中,SiC的机械强度、热学性能、抗腐蚀性、耐磨性等方面具有明显的优势,且与IC工艺兼容,故而在极端条件的MEMS应用中,成为Si的优先替代材料。为了制造碳化硅半导体器件,需要在晶片表面生长1层或数层碳化硅薄膜,这些薄膜具有不同的n、p导电类型。
采用碳化硅作衬底的LED器件亮度更高、能耗更低、寿命更长、单位芯片面积更小,且在大功率LED方面具有非常大的优势。此外,碳化硅除了用作LED衬底,它还可以制造高耐压、大功率电力电子器件如肖特基二极管(SBD/JBS)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、晶闸管(GTO)、金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)等,用于智能电网、太阳能并网、电动汽车等行业。与传统硅基功率电力电子器件相比,碳化硅基功率器件可以**降低能耗,节约电力。比如一台35kW的太阳能光伏并网逆变器,全部使用硅器件,能耗可达2.8kW,转换效率为92%,全部换成碳化硅的器件后,能耗可低至1.4kW,约为硅逆变器的50%,转换效率上升4%,为96%,一座30MW的太阳能发电站,全部使用碳化硅功率器件后可节约大量电能,节能效果十分***。碳化硅可在超过200℃的高温下长期稳定地工作,因此,相比于硅,碳化硅方案可以大量缩减冷却负担,实现系统的小型化和一体化。碳化硅基电力电子器件已经应用于新一代航空母舰的电磁弹射系统,大幅度提高了舰载机起降效率,增强了航母作战性能。 p-SiC电子迁移率比较高,饱和电子漂移速度**快,击穿电场**强,较适宜于制造高温、大功率、高频器件等。天津碳化硅衬底4寸导电
目前商用碳化硅外延设备生长速率一般为每小时10μm,且不能持续生长。天津碳化硅衬底4寸导电
碳化硅晶体材料生长、加工难度极大,目前世界上只有少数几家企业能够实现碳化硅晶体材料的产业化。美国科锐公司(Cree)是碳化硅半导体行业的先行者和**者,已研制出了6英寸碳化硅衬底片。2012年,该公司碳化硅晶体材料的产量在80—100万片之间,控制了国际碳化硅衬底片的市场价格和质量标准。美国二六(II-VI)、道康宁(Dow Corning)、德国SiCrystal AG、日本新日铁等公司也相继推出了2—3英寸碳化硅衬底片生产计划,抢占碳化硅市场份额。天津碳化硅衬底4寸导电
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