SiC Substrato 4H/6H-P 3C-N 45,5 mm~150,0 mm Z Grado P Grado D Grado

Abstract del substrato SiC 4H/6H-P 3C-N

Questo studio esplora le proprietà strutturali ed elettroniche dei substrati di carburo di silicio (SiC) politipo 4H/6H integrati con pellicole di SiC 3C-N coltivate epitazialmente.La transizione politipica tra 4H/6H-SiC e 3C-N-SiC offre opportunità uniche per migliorare le prestazioni dei dispositivi semiconduttori a base di SiCAttraverso la deposizione di vapore chimico ad alta temperatura (CVD), le pellicole 3C-SiC vengono depositate su substrati 4H/6H-SiC, con l'obiettivo di ridurre la disadattamento e la densità di dislocazione del reticolo.Analisi dettagliata mediante diffrazione a raggi X (XRD), la microscopia di forza atomica (AFM) e la microscopia elettronica di trasmissione (TEM) rivelano l'allineamento epitaxiale e la morfologia superficiale dei film.Le misurazioni elettriche indicano una migliore mobilità del vettore e una maggiore tensione di rottura, rendendo questa configurazione di substrato promettente per le applicazioni elettroniche ad alta potenza e ad alta frequenza di prossima generazione.Lo studio sottolinea l'importanza di ottimizzare le condizioni di crescita per ridurre al minimo i difetti e migliorare la coerenza strutturale tra i diversi politipi di SiC.

Proprietà del substrato SiC 4H/6H-P 3C-N

I substrati di carburo di silicio (SiC) di politipo 4H/6H (P) con pellicole SiC 3C-N (dopate di azoto) presentano una combinazione di proprietà che sono vantaggiose per vari prodotti ad alta potenza, ad alta frequenza,e applicazioni ad alta temperaturaEcco le principali proprietà di questi materiali:

1.Politipi e struttura cristallina:

• 4H-SiC e 6H-SiC:Si tratta di strutture cristalline esagonali con diverse sequenze di impilamento di bi strati di Si-C. La "H" denota simmetria esagonale e i numeri si riferiscono al numero di strati nella sequenza di impilamento.
  • 4H-SiC:Offre una maggiore mobilità elettronica e un intervallo di banda più ampio (circa 3,2 eV), che lo rende adatto per dispositivi ad alta frequenza e alta potenza.
  • 6H-SiC:Ha una mobilità elettronica e un intervallo di banda leggermente inferiori (circa 3,0 eV) rispetto al 4H-SiC, ma è ancora utilizzato in elettronica di potenza.
• 3C-SiC (cubico):La forma cubica di SiC (3C-SiC) ha in genere una struttura cristallina più isotropa, portando a una crescita epitaxiale più facile su substrati con minori densità di dislocazione.36 eV ed è favorevole per l'integrazione con dispositivi elettronici.

2.Proprietà elettroniche:

• Ampia banda:Il SiC ha un ampio intervallo di banda che gli consente di operare in modo efficiente ad alte temperature e tensioni.
  • 4H-SiC:3.2 eV
  • 6H-SiC:30,0 eV
  • 3C-SiC:2.36 eV
• Campo elettrico ad alta rottura:L'elevato campo elettrico di rottura (~3-4 MV / cm) rende questi materiali ideali per dispositivi di potenza che devono sopportare alte tensioni senza rottura.
• Mobilità dei vettori:
  • 4H-SiC:Alta mobilità elettronica (~ 800 cm2/Vs) rispetto al 6H-SiC.
  • 6H-SiC:Mobilità elettronica moderata (~ 400 cm2/Vs).
  • 3C-SiC:La forma cubica ha in genere una maggiore mobilità elettronica rispetto alle forme esagonali, rendendola desiderabile per i dispositivi elettronici.

3.Proprietà termiche:

• Alta conduttività termica:Il SiC ha un'eccellente conduttività termica (~3-4 W/cm·K), che consente una dissipazione del calore efficiente, che è cruciale per l'elettronica ad alta potenza.
• Stabilità termica:Il SiC rimane stabile a temperature superiori a 1000°C, rendendolo adatto ad ambienti ad alta temperatura.

4.Proprietà meccaniche:

• Alta durezza e resistenza:Il SiC è un materiale estremamente duro (durezza di Mohs 9,5), che lo rende resistente all'usura e ai danni meccanici.
• Modulo di alta gioventù:Ha un elevato modulo di Young (~410 GPa), che contribuisce alla sua rigidità e durata nelle applicazioni meccaniche.

5.Proprietà chimiche:

• Stabilità chimica:Il SiC è altamente resistente alla corrosione chimica e all'ossidazione, il che lo rende adatto per ambienti difficili, compresi quelli con gas e sostanze chimiche corrosive.
• Bassa reattività chimica:Questa proprietà migliora ulteriormente la sua stabilità e prestazioni in applicazioni impegnative.

6.Proprietà optoelettroniche:

• Fotoluminescenza:Il 3C-SiC mostra fotoluminescenza, rendendolo utile nei dispositivi optoelettronici, in particolare quelli che operano nella gamma ultravioletta.
• Alta sensibilità ai raggi UV:L'ampio intervallo di banda dei materiali SiC consente loro di essere utilizzati nei rilevatori UV e in altre applicazioni optoelettroniche.

7.Caratteristiche del doping:

• Doping a base di azoto (tipo N):L'azoto è spesso utilizzato come dopante di tipo n nel 3C-SiC, che ne aumenta la conduttività e la concentrazione di vettore di elettroni.Il controllo preciso dei livelli di doping consente di perfezionare le proprietà elettriche del substrato.

8.Applicazioni:

• Potenza elettronica:L'elevata tensione di rottura, l'ampia banda e la conducibilità termica rendono questi substrati ideali per dispositivi elettronici di potenza come MOSFET, IGBT e diodi Schottky.
• Dispositivi ad alta frequenza:L'elevata mobilità elettronica in 4H-SiC e 3C-SiC consente un efficiente funzionamento ad alta frequenza, rendendoli adatti per applicazioni RF e microonde.
• Optoelettronica:Le proprietà ottiche del 3C-SiC lo rendono un candidato per i rilevatori UV e altre applicazioni fotoniche.

Queste proprietà rendono la combinazione di 4H/6H-P e 3C-N SiC un substrato versatile per una vasta gamma di applicazioni elettroniche, optoelettroniche e ad alta temperatura.

Foto del substrato SiC 4H/6H-P 3C-N

Applicazioni del substrato SiC 4H/6H-P 3C-N

La combinazione di substrati SiC 4H/6H-P e 3C-N ha una vasta gamma di applicazioni in diversi settori, in particolare in dispositivi ad alta potenza, alta temperatura e alta frequenza.Di seguito sono riportate alcune delle principali applicazioni:

1.Potenza elettronica:

• Dispositivi di alimentazione ad alta tensioneL'ampio intervallo di banda e il campo elettrico ad alta rottura di 4H-SiC e 6H-SiC rendono questi substrati ideali per dispositivi di potenza come MOSFET, IGBT,e diodi di Schottky che devono funzionare ad alte tensioni e correntiQuesti dispositivi sono utilizzati nei veicoli elettrici (EV), nelle unità motrici industriali e nelle reti elettriche.
• Conversione di potenza ad alta efficienza:I dispositivi basati sul SiC consentono una conversione efficiente dell'energia con minori perdite energetiche, rendendoli adatti per applicazioni come inverter nei sistemi di energia solare, turbine eoliche,e trasmissione di energia elettrica.

2.Applicazioni ad alta frequenza e RF:

• Dispositivi RF e microonde:L'elevata mobilità elettronica e la tensione di rottura del 4H-SiC lo rendono adatto per dispositivi a radiofrequenza (RF) e microonde.e comunicazioni satellitari, dove sono essenziali il funzionamento ad alta frequenza e la stabilità termica.
• Telecomunicazioni 5G:I substrati di SiC sono utilizzati in amplificatori di potenza e switch per le reti 5G a causa della loro capacità di gestire segnali ad alta frequenza con basse perdite di potenza.

3.Aerospaziale e Difesa:

• Sensori ed elettronica ad alta temperatura:La stabilità termica e la resistenza alle radiazioni del SiC lo rendono adatto per applicazioni aerospaziali e di difesa.e le dure condizioni che si trovano nell'esplorazione spaziale, attrezzature militari e sistemi aeronautici.
• Sistemi di alimentazione:L'elettronica di potenza a base di SiC è utilizzata nei sistemi di alimentazione degli aeromobili e dei veicoli spaziali per migliorare l'efficienza energetica e ridurre il peso e i requisiti di raffreddamento.

4.Industria automobilistica:

• Veicoli elettrici:I substrati di SiC sono sempre più utilizzati nell'elettronica di potenza per veicoli elettrici, come inverter, caricabatterie di bordo e convertitori DC-DC.L'elevata efficienza del SiC contribuisce a prolungare la durata della batteria e a aumentare l'autonomia dei veicoli elettrici.
• Stazioni di ricarica rapida:I dispositivi SiC consentono una conversione di potenza più rapida ed efficiente nelle stazioni di ricarica rapida dei veicoli elettrici, contribuendo a ridurre i tempi di ricarica e a migliorare l'efficienza del trasferimento di energia.

5.Applicazioni industriali:

• Motor drives e controlli:L'elettronica di potenza basata sul SiC è utilizzata nei motori industriali per il controllo e la regolazione di grandi motori elettrici ad alta efficienza.e automazione.
• Sistemi energetici rinnovabili:I substrati di SiC sono fondamentali nei sistemi di energia rinnovabile come gli inverter solari e i regolatori delle turbine eoliche, dove una conversione efficiente della potenza e una gestione termica sono necessarie per un funzionamento affidabile.

6.Dispositivi medici

• Apparecchiature mediche ad alta precisione:La stabilità chimica e la biocompatibilità del SiC consentono il suo uso in dispositivi medici come sensori impiantabili, attrezzature diagnostiche e laser medici ad alta potenza.La sua capacità di funzionare ad alte frequenze con basse perdite di energia è essenziale nelle applicazioni mediche di precisione.
• elettronica resistente alle radiazioni:La resistenza al SiC alle radiazioni lo rende adatto per apparecchiature mediche di imaging e apparecchiature di radioterapia, dove l'affidabilità e la precisione sono cruciali.

7.Optoelettronica:

• Detettori UV e fotodetettori:Il tappo di banda del 3C-SiC lo rende sensibile alla luce ultravioletta (UV), rendendolo utile per i rilevatori UV in applicazioni di monitoraggio industriale, scientifico e ambientale.Questi rilevatori sono utilizzati per rilevare le fiamme., telescopi spaziali e analisi chimica.
• LED e laser:I substrati di SiC sono utilizzati nei diodi emettitori di luce (LED) e nei diodi laser, in particolare in applicazioni che richiedono un'elevata luminosità e durabilità, come l'illuminazione automobilistica, i display,e illuminazione a stato solido.

8.Sistemi energetici:

• di potenza superiore a 1000 W;I dispositivi di alimentazione a SiC sono utilizzati nei trasformatori a stato solido, che sono più efficienti e compatti dei trasformatori tradizionali.
• Sistemi di gestione delle batterie:I dispositivi SiC nei sistemi di gestione delle batterie migliorano l'efficienza e la sicurezza dei sistemi di stoccaggio dell'energia utilizzati negli impianti di energia rinnovabile e nei veicoli elettrici.

9.Fabbricazione di semiconduttori:

• Substrati di crescita epitaxiale:L'integrazione di 3C-SiC su substrati 4H/6H-SiC è importante per ridurre i difetti nei processi di crescita epitaxiale, con conseguente miglioramento delle prestazioni dei dispositivi semiconduttori.Questo è particolarmente utile nella produzione di transistor ad alte prestazioni e circuiti integrati.
• Dispositivi GaN-on-SiC:I substrati di SiC sono utilizzati per l'epitaxia del nitruro di gallio (GaN) in dispositivi semiconduttori ad alta frequenza e alta potenza.,e sistemi radar.

10.Ambienti violenti elettronica:

• Esplorazione di petrolio e gas:I dispositivi SiC sono utilizzati in elettronica per la perforazione di pozzi profondi e l'esplorazione petrolifera, dove devono resistere a alte temperature, pressioni e ambienti corrosivi.
• Automazione industriale:In ambienti industriali difficili con alte temperature e esposizione chimica, l'elettronica a base di SiC fornisce affidabilità e durata per i sistemi di automazione e controllo.

Queste applicazioni evidenziano la versatilità e l'importanza dei substrati 4H/6H-P 3C-N SiC nel promuovere la tecnologia moderna in una serie di settori.

Domande e risposte

Qual e' la differenza tra 4H-SiC e 6H-SiC?

In breve, quando si sceglie tra 4H-SiC e 6H-SiC: optare per 4H-SiC per elettronica ad alta potenza e ad alta frequenza in cui la gestione termica è fondamentale.Scegliere 6H-SiC per applicazioni che danno la priorità alle emissioni luminose e alla durata meccanica, compresi i LED e i componenti meccanici.

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