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6寸碳化硅衬底半绝缘

来源: 发布时间:2022年05月22日

    碳化硅sic的电学性质SiC的临界击穿电场比常用半导体Si和GaAs都大很多,这说明SiC材料制作的器件可承受很大的外加电压,具备很好的耐高特性。另外,击穿电场和热导率决定器件的最大功率传输能力。击穿电场对直流偏压转换为射频功率给出一个基本的界限,而热导率决定了器件获得恒定直流功率的难易程度。SiC具有优于Si和GaAs的高温工作特性,因为SiC的热导率和击穿电场均高出Si,GaAs好几倍,带隙也是GaAs,Si的两三倍。电子迁移率和空穴迁移率表示单位电场下载流子的漂移速度,是器件很重要的参数,会影响到微波器件跨导、FET的输出增益、功率FET的导通电阻以及其他参数。4H-SiC电子迁移率较大,但各向异性较弱;6H-SiC电子迁移率较小,但各向异性强。 SiC会发生氧化反应,所以在其表面加一SiO2层以防止氧化。6寸碳化硅衬底半绝缘

    功率半导体多被用于转换器及逆变器等电力转换器进行电力控制。目前,功率半导体材料正迎来材料更新换代,这些新材料就是SiC(碳化硅)和GaN(氮化镓),二者的物理特性均优于现在使用的Si(硅),作为节能***受到了电力公司、汽车厂商和电子厂商等的极大期待。将Si换成GaN或SiC等化合物半导体,可大幅提高产品效率并缩小尺寸,这是Si功率半导体元件(以下简称功率元件)无法实现的。目前,很多领域都将Si二极管、MOSFET及IGBT(绝缘栅双极晶体管)等晶体管用作功率元件,比如供电系统、电力机车、混合动力汽车、工厂内的生产设备、光伏发电系统的功率调节器、空调等白色家电、服务器及个人电脑等。这些领域利用的功率元件的材料也许不久就将被GaN和SiC所替代。 6寸碳化硅衬底半绝缘SiC衬底吸收380纳米以下的紫外光,不适合用来研发380纳米以下的紫外LED。

碳化硅衬底可分为两类:一类是具有高电阻率(电阻率≥105Ω·cm)的半绝缘型碳化硅衬底,另一类是低电阻率(电阻率区间为15~30mΩ·cm)的导电型碳化硅衬底。国内供需仍存缺口,有效产能不足。我国2020年碳化硅导电型衬底产能约40万片/年(约当4英寸)、外延片折合6英寸22万片/年、器件26万片/年;半绝缘型衬底折算4英寸产能近18万片/年。受限于良率及技术影响,目前国内实际项目投产较为有限,实际产能开出率较低。随着新能源汽车、5G等下游应用市场的快速起量,国内现有产品供给无法满足需求,目前第三代半导体主要环节国产化率仍然较低,超过80%的产品要靠进口。

的中端功率半导体器件是IGBT,它结合了MOSFET和双极晶体管的特性。IGBT用于400伏至10千伏的应用。问题是功率MOSFET和IGBT正达到其理论极限,并遭受不必要的能量损失。一个设备可能会经历能量损失,原因有两个:传导和开关。传导损耗是由于器件中的电阻引起的,而开关损耗发生在开关状态。这就是碳化硅适合的地方。基于氮化镓(GaN)的电力半成品也正在出现。GaN和SiC都是宽带隙技术。硅的带隙为1.1eV。相比之下,SiC的带隙为3.3eV,而GaN为3.4eV。DC-DC转换器获取蓄电池电压,然后将其降到较低的电压。这用于控制车窗、加热器和其他功能。碳化硅被誉为下一代半导体材料,其具有众多优异的物理化学特性应用于光电器件、高频大功率、高温电子器件。

功率半成品在成熟节点上制造。这些设备旨在提高系统的效率并将能量损失降至比较低。通常,它们的额定值是由电压和其他规格决定的,而不是由工艺几何形状决定的。多年来,占主导地位的功率半技术一直(现在仍然)基于硅,即功率MOSFET和绝缘栅双极晶体管(IGBT)。功率MOSFET被认为是低价、当下流行的器件,用于适配器、电源和其他产品中。它们用于高达900伏的应用中。在传统的MOSFET器件中,源极和漏极位于器件的顶部。相比之下,功率MOSFET具有垂直结构,其中源极和漏极位于器件的相对侧。垂直结构使设备能够处理更高的电压。碳化硅非常适合用作新一代发光二极管(LED)衬底材料、大功率电力电子材料。6寸碳化硅衬底半绝缘

SiC材料具有良好的电学特性和力学特性,是一种非常理想的可适应诸多恶劣环境的半导体材料。6寸碳化硅衬底半绝缘

碳化硅半导体是新一代宽禁带半导体,它具有热导率高(比硅高3倍)、与GaN晶格失配小(4%)等优势,非常适合用作新一代发光二极管(LED)衬底材料、大功率电力电子材料。

碳化硅半导体制备技术正不断取得进步,已经可以生长厚度为200μm的外延层,在此基础上研发出了反向阻塞电压高达8kV的SiC功率器件,如耗尽型功率MOSFET、结型场效应晶体管(JFET)、PIN二极管、IGBT以及GTO等。单管高达10kV的超高压功率器件已研发成功预计可在航空、航天、**、工业、电网等各个领域得到***的应用,我国正在实施“节能减排”的国家发展政策,碳化硅半导体无疑会对此起到巨大的推动用。 6寸碳化硅衬底半绝缘

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