Разлики помеѓу SiC кристали со различни структури

Силициум карбид (SiC)е материјал кој поседува исклучителна топлинска, физичка и хемиска стабилност, покажувајќи својства кои ги надминуваат оние на конвенционалните материјали. Неговата топлинска спроводливост е неверојатни 84 W/(m·K), што не само што е повисока од бакар, туку и три пати поголема од силициумот. Ова го покажува неговиот огромен потенцијал за употреба во апликациите за термичко управување. Распоредот на SiC е приближно три пати поголем од силициумот, а јачината на електричното поле на неговото распаѓање е по ред по големина поголема од силициумот. Ова значи дека SiC може да обезбеди поголема доверливост и ефикасност во високонапонските апликации. Дополнително, SiC сè уште може да одржува добра електрична спроводливост на високи температури од 2000°C, што е споредливо со графитот. Ова го прави идеален полупроводнички материјал во средини со висока температура. Отпорноста на корозија на SiC е исто така исклучително извонредна. Тенкиот слој на SiO2 формиран на неговата површина ефикасно ја спречува понатамошната оксидација, што го прави отпорен на речиси сите познати корозивни агенси на собна температура. Ова ја осигурува неговата примена во сурови средини.

Во однос на кристалната структура, разновидноста на SiC се рефлектира во неговите повеќе од 200 различни кристални форми, карактеристика која се припишува на различните начини на кои атомите се густо спакувани во неговите кристали. Иако има многу кристални форми, овие кристални форми може грубо да се поделат во две категории: β-SiC со кубна структура (структура на мешавина од цинк) и α-SiC со хексагонална структура (структура на вурцит). Оваа структурна разновидност не само што ги збогатува физичките и хемиските својства на SiC, туку исто така им овозможува на истражувачите повеќе избори и флексибилност при дизајнирање и оптимизирање на полупроводнички материјали базирани на SiC.

Меѓу многуте SiC кристални форми, најчестите вклучуваат3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC и 15R-SiC. Разликата помеѓу овие кристални форми главно се рефлектира во нивната кристална структура. 3C-SiC, исто така познат како кубен силициум карбид, ги покажува карактеристиките на кубната структура и е наједноставната структура меѓу SiC. SiC со хексагонална структура може дополнително да се подели на 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC и други типови според различни атомски распореди. Овие класификации го одразуваат начинот на кој атомите се спакувани внатре во кристалот, како и симетријата и сложеноста на решетката.

Јазот на опсегот е клучен параметар кој го одредува температурниот опсег и нивото на напон во кое можат да работат полупроводничките материјали. Помеѓу неколкуте кристални форми на SiC, 2H-SiC ја има најголемата ширина на бендот од 3,33 eV, што укажува на неговата одлична стабилност и перформанси при екстремни услови; 4H-SiC следи тесно, со ширина на бендот од 3,26 eV; 6H-SiC има малку помал опсег од 3,02 eV, додека 3C-SiC има најнизок пропуст од 2,39 eV, што го прави пошироко користен при пониски температури и напони.

Ефективната маса на дупки е важен фактор што влијае на подвижноста на дупките на материјалите. Ефективната маса на дупката на 3C-SiC е 1,1 m0, што е релативно ниско, што покажува дека неговата подвижност на дупките е добра. Ефективната маса на дупката на 4H-SiC е 1,75m0 на основната рамнина на шестоаголната структура и 0,65m0 кога е нормална на основната рамнина, што ја покажува разликата во неговите електрични својства во различни насоки. Ефективната маса на дупката на 6H-SiC е слична на онаа на 4H-SiC, но севкупно малку помала, што има влијание врз мобилноста на неговиот носач. Ефективната маса на електронот варира во опсег од 0,25-0,7m0, во зависност од специфичната кристална структура.

Подвижноста на носачот е мерка за тоа колку брзо се движат електроните и дупките во материјалот. 4H-SiC има добри резултати во овој поглед. Неговата подвижност на дупките и електроните се значително повисоки од 6H-SiC, што го прави 4H-SiC подобри перформанси кај електронските уреди за напојување.

Од гледна точка на сеопфатна изведба, секоја кристална форма наSiCима свои уникатни предности. 6H-SiC е погоден за производство на оптоелектронски уреди поради неговата структурна стабилност и добрите својства на луминисценција.3C-SiCе погоден за уреди со висока фреквенција и висока моќност поради неговата голема брзина на заситени електрони. 4H-SiC стана идеален избор за енергетски електронски уреди поради неговата висока подвижност на електрони, ниска отпорност на вклучување и висока густина на струја. Всушност, 4H-SiC не е само третата генерација полупроводнички материјал со најдобри перформанси, највисок степен на комерцијализација и најзрела технологија, тој е исто така претпочитан материјал за производство на моќни полупроводнички уреди во висок притисок и висок температура и средини отпорни на радијација.