SiC外延行业动态

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1、SiC同质外延行业动态一、行业概述半导体技术与人们的生活息息相关，它在提高人们生活水平的同时，深刻地影响了当代人的方方面面。作为半导体技术的一个重要分支，半导体材料对半导体技术的发展有着举足轻重的作用，它的每一次发展都会推动半导体器件和集成电路性能的较大进步。为了进一步提高半导体技术，我们需要坚持不懈地研究半导体材料。现在，使用半导体材料Si、Ge制造器件的技术比较成熟，应用的范围相当广泛。然而，随着电路系统工作环境的复杂化，我们对电子器件的性能要求也更加严格，硅材料已不能满足要求。所以第二代半导体材料GaAs等应运而生，在一定程度范围满足了现代技术应用的

2、要求。在此之后，又研究出第三代宽带隙（Eg>2.3eV）半导体材料。第三代半导体材料凭借其优越的综合性能脱颖而出，其中具有代表性的是SiC和GaN。Si器件作为当今世界的主流，日益表现出局限性，其带隙宽度较小，高温下不能正常工作，在高温、高频、大功率及强辐射条件下性能捉襟见肘。Si器件的最高耐温只有150℃，而SiC器件的耐温可达600℃，而且热导率高，有利于器件良好地散热，使器件发挥更好的性能，由于散热良好，器件和集成电路的体积可以做的更小。SiC器件和Si器件相比，耐压范围也更高，如图1.1所示。第三代半导体材料的性质见表1.1，所以在耐腐蚀等环境下，

3、有着巨大的应用价值。电力电子领域是SiC材料应用的典型领域。图1.1Si和SiC器件耐压值范围在航空航天或军事领域，系统的工作条件极其恶劣。从80年代末起，SiC材料与器件的飞速发展。由于SiC材料种类很多，性质各异，它的应用范围十分广泛。在大功率器件方面，利用SiC材料可以制作的器件，其电流特性、电压特性、和高频特性等具有比Si材料更好的性质。在高频器件方面，SiC高频器件输出功率更高，且耐高温和耐辐射辐射特性更好，可用于通信电子系统等。在光电器件方面，利用SiC不影响红外辐射的性质，可将其用在紫外探测器上，在350℃的温度检测红外背景下的紫外信号，功率

4、利用率80%左右。在耐辐射方面，一些SiC器件辐射环境恶劣的条件下使用如核反应堆中应用。高温应用方面，利用SiC材料制备的器件工作温度相当地高，如SiCMOSFET和SiC肖特基二极管可在900k下工作。从世界范围来看，高功率器件是最有可能实现的，应用潜力也最大，如图1.2所示。SiC作为二元化合物半导体，属于Ⅳ族元素中唯一的固态化合物。它Si-C健的能量很稳定，这也是SiC在各种极端环境下仍能稳定的原因。SiC的原子化学能高达1250KJ/mol；德拜温度达到1200-1430K，摩尔硬度达到9级，仅比金刚石摩尔硬度低些；导热性良好，达5W/cm.K,比

5、其他半导体材料好很多。SiC有多种同质多型体，不同的同质多型体有不同的应用范围。典型的有3C-SiC、4H-SiC和6H-SiC，它们各有不同的应用范围。其中，3C-SiC是唯一具有闪锌矿结构的同质多型体，其电子迁移率最高，再加上有高热导率和高临界击穿电场，非常适合于制造高温大功率的高速器件；6H-SiC具有宽的带隙，在高温电子、光电子和抗辐射电子等方面有使用价值，使用6H-SiC制造的高频大功率器件，工作温度高，功率密度有极大的提升；而4H-SiC具有比6H-SiC更宽的带隙和较高的电子迁移率，是大功率器件材料的最优选择。由于SiC器件在国防和民用领域不

6、可替代的地位，世界上很多国家对SiC半导体材料和器件的研究都很重视。美国的国防宽禁带半导体计划、欧洲的ESCAPEE计划和日本的国家硬电子计划等，纷纷对SiC半导体材料晶体制备和外延及器件投入巨资进行研究。SiC电子器件是微电子器件领域的研究热点之一。SiC材料的击穿电场有4MV/cm，很适合于制造高压功率器件的有源层。而由于SiC衬底存在缺陷等原因，将它直接用于器件制造时，性能不好。SiC衬底经过外延之后，其表面缺陷减少，晶格排列整齐，表面形貌良好，比衬底大为改观，此时将其用于制造器件可以提高器件的性能。为了提高击穿电压，厚的外延层、好的表面形貌和较低的

7、掺杂浓度是必需的。一些高压双极性器件，需外延膜的厚度超过50μm,掺杂浓度小于2×1015cm-3,载流子寿命大过1us。对于高反压大功率器件，需要要在4H-SiC衬底上外延一层很厚的、低掺杂浓度的外延层。为了制作10KW的大功率器件，外延层厚度要达到100μm以上。高压、大电流、高可靠性SiC电子器件的不断发展对SiC外延薄膜提出了更多苛刻的要求，需要通过进一步深入的研究提高厚外延生长技术。电子迁移率με和空穴迁移率μp表示单位电场下载流子的漂移速度，对器件而言，这是决定性的重要参数，影响到器件的微波器件跨导、FET的输出增益、功率FET的导通电阻和其它

8、参数。本征载流子浓度（ni）与导带和介带的状态密度Nc和Nv成比例