碳化硅晶体

1824年Berzelius发现的物质

早在1824年，瑞典科学家Berzelius(1779一1848)在人工合成金刚石的过程中就观察到了SiC的存在，但是因为天然的SiC单晶极少，当时人们对SiC的性质几乎没有什么了解。

历史背景

直到1885年，Acheson首次生长出SiC晶体之后，人们才开始对SiC的特性、材料制备方法及应用前景等多方面开始了深入研究。

结构

SiC作为C和Si稳定的化合物，其晶格结构由致密排列的两个亚晶格组成，每个Si(或C)原子与周边包围的C(Si)原子通过定向的强四面体sp3键结合，虽然SiC的四面体键很强，但层错形成能量却很低，这一特点决定了SiC的多型体现象，已经发现SiC具有250多种多型体，每种多型体的C/Si双原子层的堆垛次序不同。最常见的多型体为立方密排的3C-SiC和六角密排的4H、6H-SiC。不同的多型体具有不同的电学性能与光学性能。SiC的晶带宽度为Si的2-3倍，热导率约为Si的4.4倍，临界击穿电场约为Si的8倍，电子的饱和漂移速度为Si的2倍。SiC的这些性能使其成为高频、大功率、耐高温、抗辐照的半导体器件的优选材料，可用于地面核反应堆系统的监控、原油勘探、环境监测及航空、航天、雷达、通讯系统和大功率的电子转换器及汽车马达等领域的极端环境中。另外，采用SiC所制备的发光二极管的辐射波长可以覆盖从蓝光到紫光的波段，在光信息显示系统及光集成电路等领域中具有广阔的应用前景。

研发

世界各国对SiC的研究非常重视，纷纷投入大量的人力物力积极发展，美国、欧洲、日本等不仅从国家层面上制定了相应的研究规划，而且一些国际电子业巨头也都投入巨资发展碳化硅半导体器件，如德国的英飞凌半导体公司，美国的Cree公司、通用电子公司、摩托罗拉公司，日本的丰田、东芝、日立、富士等公司。（国内从事SiC晶体研制的研究所和高校主要有中科院物理所、上海硅酸盐研究所、山东大学、西安理工大学、中国电子科技集团第四十六所等）另外设备厂商也开始支持SiC器件的生产。每年的碳化硅及相关材料国际会议ICSCRM来自全球的专家聚集在一起探讨有关碳化硅最新的技术动态。

市场上也已有光电子、功率和微波等三类SiC器件提供商用，如PIN二极管、肖特基二极管、MESFET、MOSFET、晶闸管、SiC基发光二极管等。SiC器件的蓬勃发展迫切需要价廉、大直径、高品质的SiC晶片，以降低器件的价格，提高器件的性能。但由于SiC在正常的工程条件下无液相存在，理论计算表明在压力超过1010Pa、温度超过2830℃的条件下，理想化学配比的SiC熔体才可能存在，故从商业的角度考虑SiC不可能像Si材料一样从熔体中提拉制备。世界上制备SiC体单晶的标准方法是籽晶升华法。其原理是采用感应或电阻加热的方式对准密闭的坩埚系统加热，将作为生长源的固态混合物置于温度较高的坩埚底部，籽晶固定在温度较低的坩埚顶部，生长源在低压高温下升华分解产生气态物质，在由生长源与籽晶之间存在的温度梯度而形成的压力梯度的驱动下，这些气态物质自然输运到低温的籽晶位置，并由于超饱和度的产生而结晶生长。

特殊设备

市场上有关碳化硅的设备有峰值温度约1950度高温退火设备碳化硅器件高温活化炉和峰值温度约1380度用于碳化硅氧化的碳化硅高温氧化炉。由于制备碳化硅晶体所需温度通常需达到2000度以上，故用于制备碳化硅晶体的设备最高温一般可达2500度以上。

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