碳化硅材料发展历程和应用领域.docx

碳 化 硅 材 料 发 展 历 程 和 应 用 领 域

下面我们给出了SiC半导体技术的主要发展历程．

1824 年，瑞典科学家Berzelius(l779-l848)在合成金刚石时观察到了SiC的存

在，从此拉开了人类对SiC材料研究的序湍，

1855年，Acheson(1856-I931)才第一次使用焦炭与硅石混合剂（焦炭40%，硅

石50%，掺入剂JO%)放入棺形熔炉中高温加热获得SiC结品的方法”71,这种方

法下获得的SiC是约2-3cm的鳞状单品或多晶体。

1907年，英国工程师Round(1881-1966)利用场致发光效应制各了第一只SiC发光二极管(LED)。开启了SiC材料在电子学领域的应用．

1920年 SiC单品被应用千早期的无线电接收机上。

1955年，荷兰飞利淌研究室的JALe1[.yI81首次在实验至中用升华气体再结品的

方法制成杂质数匿和种类可控制的、具有足够尺寸的SiC单品，由此莫定了碳

化硅的发展基础实现了理论和技术上的重大突破。

1958，在美国波士顿召开了第·气欠关l·SiC技术的学术会议。

1978年，苏联人Tairov和Tsve1kov提出了改进的Lcly热生长法一＂籽品升华生

长法”亦称作物理气相传输(PhysicalVapour、1ransport,PVT)l9-,1o.1]，使生长大

面积而质扭碳化硅品体成为可能，从此拉开了大规换碳化硅材料和器件研究的序峪。

八十年代中期，美因国家宇航岛和淘军研究屈与北卡罗莱那川立大学合作开发

SiC材料和器件

1987年，Cree公司成立，建立了SiC生产线，提供商品化的SiC品体和器什们生产线。

2007年，Cree公司推出4英寸(100mm)零微管(ZMP)N型SiC衬底。同时，螺旋

位错(Screwdislocation)密度玻降低到几百个每平方厘米。

2010年8月30,Cree发布了6英寸的SiC的N型衬底，微管密度(MPDensity)小

f l0/cm1.

可以存出，自上世纪八十年代初，美国国家宇航局与海军研究局与北卡罗莱那州立大学合作开发SiC材料和器件以米，引起了世界范围内对S化半导体技术的广泛觅视．掀起了SiC材料和器件及集成电路的研究的热潮，SiC技术因此也成为团际上新材料、1放电子、电力电子及光电子领域的听究热点，图1.1给出SiC半导体技术主要的应用领域。美国国防部预先研究计划局(DARPA)也将SiC宽带隙半导体技术列为了《先进军韦系统换代重点支撑技术计划》，DARPA认为宽带陕半导体技术的实用化将使现有的军用雷达、潜船和其他各种恶劣环境工作下的系统装备从性能和可靠性方面获得全面的提升，使当前面临的多项技术瓶颈得到圆满解

决{1.,6.1lll。又如，为了保持日本在电子技术领域的领先地位，本日政府在制订的“下

一代半导体材料和工艺技术开发”计划中，将重点开殁和发展碳化硅(SiC)宽书

隙半导体技术”6Jo

图I.ISiC半导体技术牛要的应月领域

1.1.2SiC材料物理特性及优势

.SiC基本单元结构如图1.2所示，心个Si距了和一个C陌子（或者是-个C原了和四个Si原了）构成的共价键占多致的四面体。这些四面体在各个顶伯扣互连按构成了SiC品体，其健能是104kcal/mo1l1·1i.1·131,这比Si(76kcal/mol)和G叭s(50kcal/mol)的键能要面得多．这就使得SiC材料能够在商温、强辐照的条什下具有良好的程定性11.1i]令

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困l.2SiC品体基本单元结构[1.15]

从结构上看，S心品体结构具有同质多型的特点，具有250多种同索异构类型，如·立方讫堆积闪锌矿结构、六角密堆积维锌矿结构和菱形结构。同质多型，叫在化学计昼成分相同情况下具有不问的品体结构。之所以SiC具有多种的品体结构，是由于C-Si原子层的堆埮顺序的不同所致。SiC晶体基本单元仕保待四面体结

构的同时，每个Si- C层相对格栅来说可处于三个不同的位置，分别记作A、B,C。有各自刁、同的 觅复周期就构成了不同种类的SiC品型结构。最常见的SiC多型有立方结构的3C-SiC以及六方结构的4H-SiC和6H-SiC,