زیربنای SiC 4H/6H-P 3C-N 45.5mm ~ 150.0mm Z درجه P درجه D درجه

4H/6H-P 3C-N زیربنای SiC

این مطالعه ویژگی های ساختاری و الکترونیکی زیربناهای کربید سیلیکون (SiC) 4H / 6H پولیتیپ را با فیلم های 3C-N SiC epitaxially رشد می کند.انتقال چند نوعی بین 4H/6H-SiC و 3C-N-SiC فرصت های منحصر به فردی را برای افزایش عملکرد دستگاه های نیمه هادی مبتنی بر SiC فراهم می کنداز طریق رسوب بخار شیمیایی در دمای بالا (CVD) ، فیلم های 3C-SiC بر روی زیربناهای 4H / 6H-SiC قرار می گیرند، با هدف کاهش عدم تطابق شبکه و تراکم انحراف.تجزیه و تحلیل دقیق با استفاده از دیفرانکشن اشعه ایکس (XRD)، میکروسکوپی نیروی اتمی (AFM) ، و میکروسکوپی الکترونی انتقال (TEM) ، ترازوی اپیتاکسیال و مورفولوژی سطح فیلم ها را نشان می دهد.اندازه گیری های الکتریکی نشان می دهد که تحرک حامل و ولتاژ شکستن بهبود یافته است، که این پیکربندی بستر را برای نسل بعدی برنامه های الکترونیکی با قدرت بالا و فرکانس بالا امیدوار کننده می کند.این مطالعه بر اهمیت بهینه سازی شرایط رشد برای به حداقل رساندن نقص ها و افزایش انسجام ساختاری بین انواع مختلف SiC تأکید دارد.

خواص بستر 4H/6H-P 3C-N SiC

زیربناهای سیلیکون کارباید (SiC) پلی تیپ (P) 4H/6H با فیلم های سیلیکون 3C-N (نترژنی) دارای ترکیبی از خواص مفید برای انواع قدرت بالا، فرکانس بالا،و کاربردهای درجه حرارت بالاخصوصیات اصلی این مواد عبارتند از:

1.چند نوع و ساختار کریستالی:

• 4H-SiC و 6H-SiC:این ها ساختار کریستالی شش گوشه ای با توالی های مختلف انباشت دو لایه Si-C هستند. "H" نشان دهنده تقارن شش گوشه ای است و اعداد به تعداد لایه ها در توالی انباشت اشاره دارد.
  • 4H-SiC:تحرک الکترون بالاتر و فاصله باند گسترده تری (حدود 3.2 eV) را ارائه می دهد ، که آن را برای دستگاه های فرکانس بالا و قدرت بالا مناسب می کند.
  • 6H-SiC:دارای تحرک الکترونی کمی پایین تر و فاصله باند (حدود 3.0 eV) در مقایسه با 4H-SiC است اما هنوز در الکترونیک قدرت استفاده می شود.
• 3C-SiC (مکعب):شکل مکعب SiC (3C-SiC) به طور معمول دارای ساختار کریستالی ایزوتروپ است، که منجر به رشد اپیتاسیال آسان تر در سبسترات هایی با تراکم انحلال پایین تر می شود.36 eV و مناسب برای ادغام با دستگاه های الکترونیکی است.

2.خواص الکترونيکي:

• فاصله گسترده:سی سی سی دارای یک بینگاپ گسترده است که به آن امکان می دهد در دمای بالا و ولتاژ بالا به طور کارآمد کار کند. بینگاپ بسته به پلی تیپ متفاوت است:
  • 4H-SiC:3.2 eV
  • 6H-SiC:3.0 eV
  • 3C-SiC:2.36 eV
• میدان الکتریکی با سرعت بالا:میدان الکتریکی با شکستگی بالا (~ 3-4 MV / cm) این مواد را برای دستگاه های قدرت که نیاز به مقاومت در برابر ولتاژ بالا بدون شکستن دارند، ایده آل می کند.
• تحرک حامل:
  • 4H-SiC:تحرک الکترون بالا (~ 800 cm2/Vs) در مقایسه با 6H-SiC.
  • 6H-SiC:تحرک متوسط الکترون (~ 400 cm2/Vs)
  • 3C-SiC:شکل مکعب به طور معمول دارای تحرک الکترونی بالاتر از اشکال شش گوشه ای است که آن را برای دستگاه های الکترونیکی مطلوب می کند.

3.خواص حرارتی:

• رسانایی حرارتی بالا:SiC دارای رسانایی حرارتی عالی است (~ 3-4 W / cm · K) ، که باعث از بین رفتن گرما می شود، که برای الکترونیک با قدرت بالا بسیار مهم است.
• ثبات حرارتی:SiC در دمای بالاتر از 1000 درجه سانتیگراد پایدار است، که آن را برای محیط های با دمای بالا مناسب می کند.

4.خواص مکانیکی:

• سختی و قدرت بالا:SiC یک ماده بسیار سخت است (سختی Mohs 9.5) ، که آن را در برابر لباس و آسیب مکانیکی مقاوم می کند.
• ماژول هاي بالاي جوان:این ماده دارای یک ماژول یونگ (~ 410 GPa) بالا است که به سفتی و دوام آن در کاربردهای مکانیکی کمک می کند.

5.خواص شیمیایی:

• ثبات شیمیایی:SiC در برابر خوردگی شیمیایی و اکسیداسیون بسیار مقاوم است، که آن را برای محیط های خشن، از جمله کسانی که دارای گاز های خوردنی و مواد شیمیایی هستند، مناسب می کند.
• واکنش کم شیمیایی:این خاصیت ثبات و عملکرد آن را در برنامه های کاربردی سخت تر افزایش می دهد.

6.خواص اپتو الکترونیکی:

• نورپردازی:3C-SiC نوردهی می کند، که آن را در دستگاه های اپتوالکترونیک، به ویژه آنهایی که در محدوده ماوراء بنفش کار می کنند، مفید می کند.
• حساسیت بالا به اشعه UV:فاصله گسترده مواد SiC اجازه می دهد تا آنها را در آشکارسازان UV و سایر کاربردهای اپتو الکترونیک استفاده کنند.

7.ویژگی های دوپینگ:

• استفاده از نوتروژن دوپینگ (نوع N):نیتروژن اغلب به عنوان یک دوپنت نوع n در 3C-SiC استفاده می شود که باعث افزایش رسانایی و غلظت حامل الکترون آن می شود.کنترل دقیق سطح دوپینگ امکان تنظیم دقیق خواص الکتریکی بستر را فراهم می کند.

8.کاربردها:

• برق الکترونیک:ولتاژ شکستن بالا، فاصله باند گسترده و رسانایی حرارتی این بستر ها را برای دستگاه های الکترونیکی قدرت مانند MOSFET ها، IGBT ها و دیود های Schottky ایده آل می کند.
• دستگاه های فرکانس بالا:تحرک الکترون بالا در 4H-SiC و 3C-SiC اجازه می دهد تا عملکرد فرکانس بالا کارآمد باشد، که آنها را برای برنامه های RF و مایکروویو مناسب می کند.
• اپتو الکترونیک:خواص نوری 3C-SiC آن را به یک کاندید برای آشکارسازان UV و سایر کاربردهای فوتونیک تبدیل می کند.

این خواص ترکیبی از 4H/6H-P و 3C-N SiC را به یک بستر متنوع برای طیف گسترده ای از برنامه های الکترونیکی پیشرفته، اپتوالکتریک و درجه حرارت بالا تبدیل می کند.

عکس زیربنای 4H/6H-P 3C-N SiC

کاربردهای زیربنای 4H/6H-P 3C-N SiC

ترکیبی از 4H / 6H-P و 3C-N SiC زیربناها دارای طیف وسیعی از برنامه های کاربردی در چندین صنعت، به ویژه در دستگاه های با قدرت بالا، درجه حرارت بالا و فرکانس بالا است.در زیر برخی از کاربردهای کلیدی:

1.برق الکترونیک:

• دستگاه های قدرت ولتاژ بالا:فاصله باند گسترده و میدان الکتریکی شکست بالا از 4H-SiC و 6H-SiC این زیربناها را برای دستگاه های قدرت مانند MOSFET ها، IGBT ها،و دیود های Schottky که نیاز به کار در ولتاژ بالا و جریان دارنداین دستگاه ها در وسایل نقلیه الکتریکی (EV) ، محرک های موتور صنعتی و شبکه های برق استفاده می شوند.
• تبدیل قدرت با کارایی بالادستگاه های مبتنی بر SiC تبدیل انرژی کارآمد را با از دست دادن انرژی کمتر امکان پذیر می کنند، که آنها را برای کاربردهایی مانند اینورترها در سیستم های انرژی خورشیدی، توربین های بادی،و انتقال برق.

2.برنامه های فرکانس بالا و RF:

• دستگاه های RF و مایکروویو:تحرک الکترونی بالا و ولتاژ شکستن 4H-SiC آن را برای فرکانس رادیویی (RF) و دستگاه های مایکروویو مناسب می کند. این دستگاه ها در سیستم های ارتباطات بی سیم، رادار،و ارتباطات ماهواره ای، جایی که عملکرد فرکانس بالا و ثبات حرارتی ضروری است.
• ارتباطات 5G:زیربناهای سی سی سی در تقویت کننده های قدرت و سوئیچ های شبکه های 5G به دلیل توانایی آنها در رسیدگی به سیگنال های فرکانس بالا با از دست دادن قدرت کم استفاده می شود.

3.هوافضا و دفاع:

• سنسورها و الکترونیک درجه حرارت بالا:ثبات حرارتی و مقاومت در برابر تشعشعات SiC آن را برای برنامه های کاربردی هوافضا و دفاع مناسب می کند. دستگاه های SiC می توانند در دماهای شدید، محیط های با تشعشعات بالا،و شرایط سخت در اکتشافات فضایی، تجهیزات نظامی و سیستم های هواپیمایی
• سیستم های تامین برق:الکترونیک قدرت مبتنی بر SiC در سیستم های تامین برق هواپیماها و فضاپیما برای بهبود بهره وری انرژی و کاهش وزن و نیاز به خنک کننده استفاده می شود.

4.صنعت خودرو:

• وسایل نقلیه الکتریکی:زیربناهای SiC به طور فزاینده ای در الکترونیک قدرت برای EV ها مانند اینورترها، شارژر های داخلی و کنورترهای DC-DC استفاده می شوند.کارایی بالا SiC به افزایش عمر باتری و افزایش محدوده رانندگی خودروهای الکتریکی کمک می کند.
• ایستگاه های شارژ سریع:دستگاه های SiC باعث تبدیل سریع تر و کارآمدتر قدرت در ایستگاه های شارژ سریع EV می شوند، به کاهش زمان شارژ و بهبود بهره وری انتقال انرژی کمک می کنند.

5.کاربرد صنعتی:

• محرک و کنترل:الکترونیک قدرت مبتنی بر سی سی سی در محرک های موتور صنعتی برای کنترل و تنظیم موتورهای الکتریکی بزرگ با کارایی بالا استفاده می شود. این سیستم ها به طور گسترده ای در تولید، رباتیک،و اتوماسیون.
• سیستم های انرژی تجدید پذیر:زیربناهای SiC در سیستم های انرژی تجدیدپذیر مانند اینورترهای خورشیدی و کنترل کننده های توربین بادی بسیار مهم هستند، جایی که تبدیل انرژی کارآمد و مدیریت حرارتی برای عملکرد قابل اعتماد ضروری است.

6.دستگاه های پزشکی:

• تجهیزات پزشکی با دقت بالاثبات شیمیایی و سازگاری زیستی SiC اجازه استفاده از آن را در دستگاه های پزشکی مانند سنسورهای کاشت قابل، تجهیزات تشخیصی و لیزرهای پزشکی با قدرت بالا می دهد.توانایی آن برای کار در فرکانس های بالا با از دست دادن قدرت کم در کاربردهای پزشکی دقیق ضروری است.
• الکترونيک هاي تابش سخت:مقاومت SiC در برابر تشعشعات باعث می شود که برای دستگاه های تصویربرداری پزشکی و تجهیزات تشعشعات درمانی مناسب باشد، جایی که قابلیت اطمینان و دقت بسیار مهم است.

7.اپتو الکترونیک:

• دستگاه های تشخیص UV و دوربین های تشخیص نور:فاصله باند 3C-SiC باعث می شود که به نور ماوراء بنفش (UV) حساس باشد، که آن را برای آشکارسازان UV در کاربردهای نظارت صنعتی، علمی و زیست محیطی مفید می کند.اين دتکتورها در تشخیص شعله استفاده مي شوند، تلسکوپ های فضایی و تجزیه و تحلیل شیمیایی.
• لامپ های LED و لیزر:زیربناهای SiC در دیودهای تولید کننده نور (LED) و دیود های لیزر، به ویژه در کاربردهایی که نیاز به روشنایی و دوام بالا دارند، مانند روشنایی خودرو، نمایشگرها،و روشنایی حالت جامد.

8.سیستم های انرژی:

• ترانسفورماتورهای جامد:دستگاه های قدرت SiC در ترانسفورماتورهای جامد استفاده می شوند، که کارآمدتر و فشرده تر از ترانسفورماتورهای سنتی هستند. اینها در توزیع انرژی و سیستم های شبکه هوشمند حیاتی هستند.
• سیستم های مدیریت باتری:دستگاه های SiC در سیستم های مدیریت باتری، کارایی و ایمنی سیستم های ذخیره سازی انرژی مورد استفاده در تاسیسات انرژی تجدید پذیر و وسایل نقلیه الکتریکی را بهبود می بخشند.

9.تولید نیمه هادی:

• سوبسترات رشد اپیتاکسیال:ادغام 3C-SiC در زیرپوش های 4H/6H-SiC برای کاهش نقص در فرآیندهای رشد اپیتاسیال مهم است و منجر به بهبود عملکرد دستگاه نیمه هادی می شود.این به ویژه در تولید ترانزیستورهای با کارایی بالا و مدارهای یکپارچه مفید است.
• دستگاه های GaN-on-SiC:زیربناهای SiC برای اپیتاکسی گالیوم نیترید (GaN) در دستگاه های نیمه هادی با فرکانس بالا و قدرت بالا استفاده می شود. دستگاه های GaN-on-SiC در تقویت کننده های قدرت RF، سیستم های ارتباطی ماهواره ای رایج هستند.,و رادار

10.محیط سخت الکترونیک:

• اکتشاف نفت و گاز:دستگاه های SiC در الکترونیک برای حفاری سوراخ پایین و اکتشاف نفت استفاده می شوند، جایی که آنها باید در برابر دمای بالا، فشار و محیط های خوردنی مقاومت کنند.
• اتوماسیون صنعتی:در محیط های صنعتی خشن با دمای بالا و قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی، الکترونیک مبتنی بر SiC قابلیت اطمینان و دوام را برای سیستم های اتوماسیون و کنترل فراهم می کند.

این برنامه ها تنوع و اهمیت زیربناهای 4H/6H-P 3C-N SiC را در پیشرفت فناوری مدرن در طیف وسیعی از صنایع برجسته می کنند.

پرسش و پاسخ

تفاوت بین 4H-SiC و 6H-SiC چیه؟

به طور خلاصه، هنگام انتخاب بین 4H-SiC و 6H-SiC: برای الکترونیک های با قدرت بالا و فرکانس بالا که مدیریت حرارتی حیاتی است، 4H-SiC را انتخاب کنید.6H-SiC را برای کاربردهایی که اولویت انتشار نور و دوام مکانیکی را دارند انتخاب کنید، از جمله LED ها و اجزای مکانیکی.

کلمات کلیدی: SiC Substrate سی سی وفر سیلیکون کاربید وفر