文档介绍：半导体材料论文
第三代新型半导体材料——SiC
深圳大学考试答题纸
(以论文、报告等形式考核专用)
二○~二○学年度第学期
课程编号 1601810001 课程
名称半导体材料主讲教师翟剑庞评分
学号 2012160228
温志煌(137237234姓名 43) 专业年级微电子学12级
题目:
第三代新型半导体材料——SiC
摘要:随着第一代半导体材料硅的问世,半导体材料发展迅速。紧接着,第二代半导体半导体材料GaAs随之出现,直至今天,以GaN为代表的第三代半导体材料。但是这些这半导体的耐高温、抗辐射以及频率都不能达到元器件的要求,这时一种新型半导体材料——SiC的出现改变了这一局面。
作为一种新型的半导体材料,SiC以其优良的物理化学特性和电特性成为制造短波长电子器件、高温器件、抗辐照器件和大功率/高频电子器件最重要的半导体材料。本文主要主要分为碳化硅的历史发展,碳化硅的结构、性质,碳化硅的单晶和薄膜制备以及碳化硅的应用。
关键词: SiC 单晶制备外延生长气相外延(CVD) 分子束外
延生长 SiC元器件
一、碳化硅(SiC)的历史发展
SiC是由美国人艾奇逊在1891年电熔金刚石实验时,在实验室偶然发现的一种碳化物,当时误认为是金刚石的混合体,故取名金刚砂,1893年艾奇逊研究出来了工业冶炼碳化硅的方法,也就是大家常说的艾奇逊炉,一直沿用至今,以碳质材料为炉芯体的电阻炉,通电加热石英SIO2和碳的混合物生成碳化硅。
1907年第一只碳化硅发光二极管诞生,1907年,英国工程师Henry Joseph Round在尝试用碳化硅矿石制作无线电接收器时(就是我们所知的矿石收音机),意外地发现
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导线与矿石的触点处会产生微弱的绿,红或者蓝光,从此发光二极管就此问世了[1]。 1955年,在理论和技术上发生了重大突破,LELY提出生长高品质碳化概念,从此将SIC作为重要的电子材料。1958年在波士顿召开第一次世界碳化硅会议进行学术交流,从此SiC在半导体方面上作用更受到关注。1978年六、七十年代碳化硅主要由前苏联进行研究。
从20世纪90年代起, 美国国防部(DOD,department 0f defense)就开始支持 SiC功率器件研究,SiC功率器件样品相继问世。1987年以SiC 材料和器件为研究方向Cme公司由美国国防部资助成立为海军和空军装备作预先研究,从此SiC 材料和电子器件进入飞速发展的新阶段。SiC器件的发展是伴随着
SiC单晶衬底材料的发展而进行的。近年来,SiC材料微孔问题已基本解决,单晶材料的尺寸不断增大,主流产品已经从两英寸过渡到三英寸和四英寸片。2010年8月Cree公司展示了其新成果, 150 mm (6 英寸)的SiC衬底片,每平方厘米微孔密度小于10个[2]。
二、碳化硅的结构与性质
SiC是第Ⅳ族元素的唯一组合的固态化合物,SiC由C原子和Si原子按1:1的比例组成,组成SiC的基本单元是碳硅四面体,即C (Si)原子占据四面体的中心,Si (C)原子位于四面体的四个顶点(如图1)。其中,C-, Si-Si键(C-C键) A。 C-Si键通过sp3杂化形成,并有一定程度的极化。, ,离子性对键合的贡献为12%,因此C-Si键有很强的离子共价性,相当稳定[3]。
SiC是一种典型的多型结构化合物,迄今为止已发现160余种多型体〔1~4〕. 它的最显著特征为所有的多型体均由相同的Si-C双层堆垛而
成如图2所示,结构之间的差别仅在于沿c轴方向的一维堆垛顺序不同以及c轴的长短不同,这种现象称之为多型性[4]。
在繁多的SiC多型体中,基本可分为两大类:α--SiC是唯一的一个具有立方结构的多型体,原胞为闪锌矿结构,密排面为{111}面,密排方向为〈110〉方向;其它所有页第 2
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结构类型统称为α-SiC,原胞通常采用六角点阵来描述,c轴可
为六次或三次对称轴,晶格常数为a= b= , c= n×0. 251nm (其中
n为单胞内的堆垛层数),密排面为{0001}面,密排方向为〈112-0〉-SiC中的6H, 4H, 15R, 21R为最常见类型,-SiC多型体是以上述常见多型体结构为基本结构形成的,其中绝大多数是以6H为基本结构形成的多型体,按照Pandey和Krishna〔3〕的错排基体