Pourquoi le 3C-SiC se démarque-t-il parmi les nombreux polymorphes du SiC ? - Semi-conducteur VeTek

L'arrière-plan deSiC

Carbure de silicium (SiC)est un matériau semi-conducteur de précision haut de gamme important. En raison de sa bonne résistance aux températures élevées, de sa résistance à la corrosion, de sa résistance à l'usure, de ses propriétés mécaniques à haute température, de sa résistance à l'oxydation et d'autres caractéristiques, il présente de larges perspectives d'application dans des domaines de haute technologie tels que les semi-conducteurs, l'énergie nucléaire, la défense nationale et la technologie spatiale.

Jusqu'à présent, plus de 200Structures cristallines SiCont été confirmés, les principaux types sont hexagonaux (2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC) et cubiques 3C-SiC. Parmi eux, les caractéristiques structurelles équiaxes du 3C-SiC déterminent que ce type de poudre a de meilleures sphéricité naturelle et de meilleures caractéristiques d'empilement dense que l'α-SiC, ce qui lui confère de meilleures performances dans le meulage de précision, les produits céramiques et d'autres domaines. À l’heure actuelle, diverses raisons ont conduit à l’échec des excellentes performances des nouveaux matériaux 3C-SiC pour réaliser des applications industrielles à grande échelle.

Parmi les nombreux polytypes SiC, le 3C-SiC est le seul polytype cubique, également connu sous le nom de β-SiC. Dans cette structure cristalline, les atomes de Si et de C existent dans le réseau dans un rapport de un pour un, et chaque atome est entouré de quatre atomes hétérogènes, formant une unité structurelle tétraédrique avec de fortes liaisons covalentes. La caractéristique structurelle du 3C-SiC est que les couches diatomiques Si-C sont disposées de manière répétée dans l'ordre ABC-ABC-…, et chaque cellule unitaire contient trois de ces couches diatomiques, appelées représentation C3 ; la structure cristalline du 3C-SiC est illustrée dans la figure ci-dessous :

Actuellement, le silicium (Si) est le matériau semi-conducteur le plus couramment utilisé pour les dispositifs électriques. Cependant, en raison des performances du Si, les dispositifs de puissance à base de silicium sont limités. Comparé au 4H-SiC et au 6H-SiC, le 3C-SiC possède la mobilité électronique théorique la plus élevée à température ambiante (1 000 cm·V^-1·S^-1), et présente plus d'avantages dans les applications de périphériques MOS. Dans le même temps, le 3C-SiC possède également d'excellentes propriétés telles qu'une tension de claquage élevée, une bonne conductivité thermique, une dureté élevée, une large bande interdite, une résistance aux températures élevées et une résistance aux radiations. Par conséquent, il présente un grand potentiel dans les domaines de l’électronique, de l’optoélectronique, des capteurs et des applications dans des conditions extrêmes, favorisant le développement et l’innovation de technologies connexes et montrant un large potentiel d’application dans de nombreux domaines :

Premièrement : en particulier dans les environnements à haute tension, haute fréquence et haute température, la tension de claquage élevée et la mobilité électronique élevée du 3C-SiC en font un choix idéal pour la fabrication de dispositifs de puissance tels que le MOSFET. 

Deuxièmement : l’application du 3C-SiC dans les systèmes nanoélectroniques et microélectromécaniques (MEMS) bénéficie de sa compatibilité avec la technologie du silicium, permettant la fabrication de structures à l’échelle nanométrique telles que les dispositifs nanoélectroniques et nanoélectromécaniques. 

Troisièmement : en tant que matériau semi-conducteur à large bande interdite, le 3C-SiC convient à la fabrication de diodes électroluminescentes (DEL) bleues. Son application dans l’éclairage, la technologie d’affichage et les lasers a attiré l’attention en raison de son efficacité lumineuse élevée et de sa facilité de dopage[9]. Quatrièmement : dans le même temps, le 3C-SiC est utilisé pour fabriquer des détecteurs sensibles à la position, en particulier des détecteurs sensibles à la position à point laser basés sur l'effet photovoltaïque latéral, qui présentent une sensibilité élevée dans des conditions de polarisation nulle et conviennent au positionnement de précision.

Méthode de préparation de l'hétéroépitaxie SiC 3C

Les principales méthodes de croissance de l'hétéroépitaxie 3C-SiC comprennent le dépôt chimique en phase vapeur (CVD), l'épitaxie par sublimation (SE), l'épitaxie en phase liquide (LPE), l'épitaxie par jet moléculaire (MBE), la pulvérisation magnétron, etc. La CVD est la méthode préférée pour le 3C-SiC. Épitaxie SiC en raison de sa contrôlabilité et de son adaptabilité (telles que la température, le débit de gaz, la pression de la chambre et le temps de réaction, qui peuvent optimiser la qualité de la couche épitaxiale).

Dépôt chimique en phase vapeur (CVD) : un gaz composé contenant des éléments Si et C est introduit dans la chambre de réaction, chauffé et décomposé à haute température, puis les atomes de Si et les atomes de C sont précipités sur le substrat en Si, ou 6H-SiC, 15R- Substrat SiC, 4H-SiC. La température de cette réaction se situe généralement entre 1 300 et 1 500 ℃. Les sources de Si courantes sont SiH4, TCS, MTS, etc., et les sources de C sont principalement C2H4, C3H8, etc., et H2 est utilisé comme gaz porteur. 

Le processus de croissance comprend principalement les étapes suivantes : 

1. La source de réaction en phase gazeuse est transportée dans le flux gazeux principal vers la zone de dépôt. 

2. La réaction en phase gazeuse se produit dans la couche limite pour générer des précurseurs et des sous-produits en couches minces. 

3. Le processus de précipitation, d’adsorption et de craquage du précurseur. 

4. Les atomes adsorbés migrent et se reconstruisent à la surface du substrat. 

5. Les atomes adsorbés se nucléent et se développent à la surface du substrat. 

6. Le transport massif des gaz résiduaires après la réaction dans la zone d'écoulement de gaz principale et est retiré de la chambre de réaction. 

Grâce à des progrès technologiques continus et à une recherche approfondie sur les mécanismes, la technologie hétéroépitaxiale 3C-SiC devrait jouer un rôle plus important dans l'industrie des semi-conducteurs et promouvoir le développement de dispositifs électroniques à haut rendement. Par exemple, la croissance rapide du 3C-SiC à couche épaisse de haute qualité est la clé pour répondre aux besoins des dispositifs haute tension. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour surmonter l'équilibre entre le taux de croissance et l'uniformité des matériaux ; combiné à l'application du 3C-SiC dans des structures hétérogènes telles que SiC/GaN, explorez ses applications potentielles dans de nouveaux dispositifs tels que l'électronique de puissance, l'intégration optoélectronique et le traitement de l'information quantique.

Vetek Semiconductor fournit 3CRevêtement SiCsur différents produits, tels que le graphite de haute pureté et le carbure de silicium de haute pureté. Avec plus de 20 ans d'expérience en R&D, notre société sélectionne des matériaux hautement adaptés, tels queSi le bénéficiaire d'Epi, Récepteur épitaxial SiC, GaN sur suscepteur Si epi, etc., qui jouent un rôle important dans le processus de production de couches épitaxiales.

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