Siliziumkarbidsubstrate werden in halbisolierende und leitfähige Varianten unterteilt. Derzeit ist die gängigste Spezifikation für halbisolierende Siliziumkarbidsubstrate 4 Zoll. Auf dem Markt für leitfähige Siliziumkarbidsubstrate ist die gängigste Spezifikation 6 Zoll.
Aufgrund nachgelagerter Anwendungen im Hochfrequenzbereich unterliegen halbisolierende SiC-Substrate und Epitaxiematerialien den Exportkontrollen des US-Handelsministeriums. Halbisolierendes SiC ist als Substrat das bevorzugte Material für die GaN-Heteroepitaxie und bietet vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten im Mikrowellenbereich. Im Vergleich zur Kristallfehlanpassung von Saphir (14 %) und Silizium (16,9 %) beträgt die Kristallfehlanpassung von SiC und GaN lediglich 3,4 %. In Verbindung mit der extrem hohen Wärmeleitfähigkeit von SiC bieten die daraus hergestellten hocheffizienten LEDs und GaN-Hochfrequenz- und Hochleistungsmikrowellenbauelemente große Vorteile für Radar, Hochleistungsmikrowellengeräte und 5G-Kommunikationssysteme.
Die Forschung und Entwicklung von halbisolierenden SiC-Substraten stand schon immer im Mittelpunkt der Forschung und Entwicklung von SiC-Einkristallsubstraten. Beim Wachstum halbisolierender SiC-Materialien gibt es zwei Hauptschwierigkeiten:
1) Reduzierung der N-Donor-Verunreinigungen, die durch Graphittiegel, Wärmedämmungsadsorption und Dotierung im Pulver eingebracht werden;
2) Um die Qualität und die elektrischen Eigenschaften des Kristalls zu gewährleisten, wird ein tiefes Energieniveauzentrum eingeführt, um die verbleibenden flachen Verunreinigungen mit elektrischer Aktivität zu kompensieren.
Derzeit sind die Hersteller mit Produktionskapazität für halbisolierendes SiC hauptsächlich SICC Co, Semisic Crystal Co, Tanke Blue Co und Hebei Synlight Crystal Co., Ltd.
Die leitfähige SiC-Kristallisation erfolgt durch Einleitung von Stickstoff in die Wachstumsatmosphäre. Leitfähige Siliziumkarbid-Substrate werden hauptsächlich in der Herstellung von Leistungshalbleitern eingesetzt. Siliziumkarbid-Leistungshalbleiter zeichnen sich durch hohe Spannung, hohen Strom, hohe Temperaturbeständigkeit, hohe Frequenzbeständigkeit und geringe Verluste aus und verbessern die Energieumwandlungseffizienz bestehender siliziumbasierter Leistungshalbleiter erheblich. Dies hat weitreichende Auswirkungen auf den Bereich der effizienten Energiewandlung. Hauptanwendungsgebiete sind Elektrofahrzeuge/Ladesäulen, Photovoltaik, Schienenverkehr, intelligente Stromnetze usw. Da die nachgelagerten leitfähigen Produkte hauptsächlich Leistungshalbleiter in Elektrofahrzeugen, Photovoltaik und anderen Bereichen umfassen, ist das Anwendungsspektrum breit gefächert und die Anzahl der Hersteller entsprechend groß.
Siliciumcarbid-Kristalltyp: Die typische Struktur von hochwertigem 4H-Siliciumcarbid lässt sich in zwei Kategorien unterteilen: zum einen die kubische Sphaleritstruktur, bekannt als 3C-SiC oder β-SiC, und zum anderen die hexagonale oder diamantförmige Struktur mit großen Perioden, typisch für 6H-SiC, 4H-SiC, 15R-SiC usw., zusammengefasst als α-SiC. 3C-SiC bietet den Vorteil eines hohen spezifischen Widerstands für die Geräteherstellung. Die große Fehlanpassung der Gitterkonstanten und Wärmeausdehnungskoeffizienten von Si und SiC kann jedoch zu einer hohen Anzahl von Defekten in der 3C-SiC-Epitaxieschicht führen. 4H-SiC besitzt ein großes Potenzial für die Herstellung von MOSFETs, da seine Kristallwachstums- und Epitaxieschichtwachstumsprozesse hervorragender sind und hinsichtlich der Elektronenbeweglichkeit 4H-SiC höher ist als 3C-SiC und 6H-SiC, was zu besseren Mikrowelleneigenschaften für 4H-SiC-MOSFETs führt.
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Veröffentlichungsdatum: 16. Juli 2024