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第三代半导体之星——碳化硅

时间:2023-04-27   访问量:25546


  半导体行业作为现代电子信息产业的基础,是支撑国民经济高质量发展的重要行业。第三代半导体指的是SiC、GaN、ZnO、金刚石(C)、AlN等具有宽禁带(Eg>2.3eV)特性的新兴半导体材料。碳化硅是目前发展较成熟的第三代半导体材料。

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  一、碳化硅晶体结构

  碳化硅(SiC)由碳(C)原子和硅(Si)原子组成,密度是3.2g/cm³,天然碳化硅非常罕见,主要通过人工合成。其晶体结构具有同质多型体的特点,在半导体领域较常见的是具有立方闪锌矿结构的3C-SiC和六方纤锌矿结构的4H-SiC和6H-SiC。

  二、碳化硅基本性质

  碳化硅硬度在20℃时高达莫氏9.2-9.3,是较硬的物质之一,可以用于切割红宝石;

  导热率超过金属铜,是Si的3倍、GaAs的8-10倍,且其热稳定性高,在常压下不可能被熔化;

  碳化硅具有宽禁带、耐击穿的特点,其禁带宽度是Si的3倍,击穿电场为Si的10倍。 

  4H-SiC和6H-SiC的材料参数

  三、碳化硅材料的发展历程

  1824年,当时的瑞典科学家Berzelius在人工合成金刚石的实验中意外发现了碳化硅这一物质。但因为碳化硅在自然界存量极少,没能引起足够的关注。

  1885年,另一位化学家Acheson在石英砂与碳的混合加热过程中,高温生成了SiC晶体,这也是人类历史上初次制备纯净的碳化硅。

  1959年,一位荷兰科学家提出了一种通过升华的方式让单晶体生长的方法,随后又在1978年被俄罗斯科学家进行了改良和优化。

  1979年,以碳化硅为主要材料的蓝色发光二极管被发明了出来。

  直到现在,在后续的研发和应用过程中,碳化硅以各种形态和应用方式在电子信息存储、传输和数据通讯等相关行业内发挥了巨大的作用,凭借其稳定的化学特性和优秀的半导体材料特质,在半导体材料领域获得了极大的发展空间。




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