구조가 다른 SiC 결정의 차이점

실리콘 카바이드(SiC)탁월한 열적, 물리적, 화학적 안정성을 보유하고 있으며 기존 소재의 특성을 뛰어넘는 특성을 나타내는 소재입니다. 열전도율은 84W/(m·K)로 구리보다 높을 뿐만 아니라 실리콘보다 3배나 높다. 이는 열 관리 애플리케이션에 사용할 수 있는 엄청난 잠재력을 보여줍니다. SiC의 밴드갭은 실리콘의 약 3배이며, 항복 전계 강도는 실리콘보다 10배 더 높습니다. 이는 SiC가 고전압 애플리케이션에서 더 높은 신뢰성과 효율성을 제공할 수 있음을 의미합니다. 또한 SiC는 2000°C의 고온에서도 흑연과 비슷한 수준의 우수한 전기 전도성을 유지할 수 있습니다. 이로 인해 고온 환경에서 이상적인 반도체 소재가 됩니다. SiC의 내식성도 매우 뛰어납니다. 표면에 형성된 얇은 SiO2 층은 추가 산화를 효과적으로 방지하여 실온에서 알려진 거의 모든 부식제에 대한 내성을 갖게 합니다. 이는 열악한 환경에서의 적용을 보장합니다.

결정 구조 측면에서 SiC의 다양성은 200개 이상의 다양한 결정 형태에 반영됩니다. 이는 원자가 결정 내에 조밀하게 채워지는 다양한 방식에 기인하는 특징입니다. 많은 결정 형태가 있지만 이러한 결정 형태는 대략 입방 구조의 β-SiC(아연 블렌드 구조)와 육각 구조의 α-SiC(우르츠광 구조)의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 이러한 구조적 다양성은 SiC의 물리적, 화학적 특성을 풍부하게 할 뿐만 아니라 SiC 기반 반도체 재료를 설계하고 최적화할 때 연구원에게 더 많은 선택권과 유연성을 제공합니다.

많은 SiC 결정 형태 중에서 가장 일반적인 형태는 다음과 같습니다.3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC 및 15R-SiC. 이러한 결정 형태의 차이는 주로 결정 구조에 반영됩니다. 큐빅 탄화규소라고도 알려진 3C-SiC는 큐빅 구조의 특성을 나타내며 SiC 중에서 가장 단순한 구조이다. 육각형 구조의 SiC는 원자 배열에 따라 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC 및 기타 유형으로 더 세분화될 수 있습니다. 이러한 분류는 격자의 대칭성과 복잡성뿐만 아니라 원자가 결정 내부에 채워지는 방식을 반영합니다.

밴드갭은 반도체 재료가 작동할 수 있는 온도 범위와 전압 레벨을 결정하는 핵심 매개변수입니다. SiC의 여러 결정 형태 중에서 2H-SiC는 3.33eV의 가장 높은 밴드갭 폭을 가지며, 이는 극한 조건에서 탁월한 안정성과 성능을 나타냅니다. 4H-SiC는 밴드갭 폭이 3.26eV로 그 뒤를 바짝 따르고 있습니다. 6H-SiC는 밴드갭이 3.02eV로 약간 낮고, 3C-SiC는 밴드갭이 2.39eV로 가장 낮아 더 낮은 온도와 전압에서 더 널리 사용됩니다.

홀의 유효 질량은 재료의 홀 이동성에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 3C-SiC의 정공 유효질량은 1.1m0로 상대적으로 낮아 정공 이동도가 좋은 것으로 나타났다. 4H-SiC의 정공 유효질량은 육각형 구조의 바탕면에서 1.75m0, 바탕면에 수직일 때 0.65m0로 방향에 따라 전기적 특성의 차이를 나타냅니다. 6H-SiC의 정공 유효 질량은 4H-SiC와 유사하지만 전체적으로 약간 낮으며 이는 캐리어 이동도에 영향을 미칩니다. 전자의 유효 질량은 특정 결정 구조에 따라 0.25-0.7m0 범위에서 다양합니다.

캐리어 이동도는 물질 내에서 전자와 정공이 얼마나 빨리 움직이는지를 측정하는 것입니다. 4H-SiC는 이 점에서 좋은 성능을 발휘합니다. 정공 및 전자 이동도는 6H-SiC보다 훨씬 높으므로 4H-SiC는 전력 전자 장치에서 더 나은 성능을 발휘합니다.

종합적인 성능의 관점에서 볼 때 각 결정 형태는SiC독특한 장점이 있습니다. 6H-SiC는 구조적 안정성과 우수한 발광 특성으로 인해 광전자 장치 제조에 적합합니다.3C-SiC포화 전자 표류 속도가 높아 고주파수 및 고전력 장치에 적합합니다. 4H-SiC는 높은 전자 이동도, 낮은 온저항 및 높은 전류 밀도로 인해 전력 전자 장치에 이상적인 선택이 되었습니다. 실제로 4H-SiC는 최고의 성능과 가장 높은 상용화 수준, 가장 성숙한 기술을 갖춘 3세대 반도체 소재일 뿐만 아니라, 고압, 고압 환경에서 전력 반도체 소자 제조에 선호되는 소재이기도 하다. 온도 및 방사선에 강한 환경.