SiC Substrate 4H/6H-P 3C-N 45,5 mm à 150,0 mm Z Grade P Grade D Grade

Résumé du substrat SiC 4H/6H-P 3C-N

La présente étude étudie les propriétés structurelles et électroniques des substrats de carbure de silicium (SiC) de polytypes 4H/6H intégrés à des films SiC 3C-N cultivés par épitaxie.La transition polytypique entre le 4H/6H-SiC et le 3C-N-SiC offre des opportunités uniques d'améliorer les performances des dispositifs semi-conducteurs à base de SiCPar dépôt de vapeur chimique à haute température (CVD), des films 3C-SiC sont déposés sur des substrats 4H/6H-SiC, dans le but de réduire le déséquilibre du réseau et les densités de dislocation.Analyse détaillée par diffraction par rayons X (XRD), la microscopie par force atomique (AFM) et la microscopie électronique par transmission (TEM) révèlent l'alignement épitaxial et la morphologie de surface des films.Les mesures électriques indiquent une mobilité améliorée du support et une tension de panne, ce qui rend cette configuration de substrat prometteuse pour les applications électroniques de haute puissance et haute fréquence de nouvelle génération.L'étude souligne l'importance d'optimiser les conditions de croissance pour minimiser les défauts et renforcer la cohérence structurelle entre les différents polytypes de SiC.

Propriétés du substrat SiC 4H/6H-P 3C-N

Les substrats de carbure de silicium (SiC) de polytypes 4H/6H (P) avec des films de SiC 3C-N (dopés d'azote) présentent une combinaison de propriétés qui sont bénéfiques pour diverses applications de haute puissance, de haute fréquence,et applications à haute températureVoici les principales propriétés de ces matériaux:

1.Polytypes et structure cristalline:

• 4H-SiC et 6H-SiC:Ce sont des structures cristallines hexagonales avec différentes séquences d'empilement de bicouches Si-C. Le "H" dénote la symétrie hexagonale, et les chiffres se réfèrent au nombre de couches dans la séquence d'empilement.
  • 4H-SiC:Il offre une plus grande mobilité électronique et une bande passante plus large (environ 3,2 eV), ce qui le rend approprié pour les appareils à haute fréquence et à haute puissance.
  • 6H-SiC:Il a une mobilité électronique et une bande passante légèrement inférieures (environ 3,0 eV) par rapport au 4H-SiC, mais est toujours utilisé dans l'électronique de puissance.
• Pour l'équipement de traitement des déchets:La forme cubique du SiC (3C-SiC) a généralement une structure cristalline plus isotrope, ce qui conduit à une croissance épitaxielle plus facile sur des substrats avec des densités de dislocation plus faibles.36 eV et est propice à l'intégration avec des appareils électroniques.

2.Propriétés électroniques:

• Large bande passante:SiC a un large intervalle qui lui permet de fonctionner efficacement à des températures et des tensions élevées.
  • 4H-SiC:3.2 eV
  • 6H-SiC:3.0 eV
  • 3C-SiC:2.36 eV
• Champ électrique à haute décomposition:Le champ électrique à décomposition élevée (~3-4 MV / cm) rend ces matériaux idéaux pour les appareils électriques qui doivent résister à des tensions élevées sans se décomposer.
• Mobilité des transporteurs:
  • 4H-SiC:Mobilité électronique élevée (~ 800 cm2/Vs) par rapport au 6H-SiC.
  • 6H-SiC:Mobilité électronique modérée (~ 400 cm2/Vs).
  • 3C-SiC:La forme cubique a généralement une mobilité électronique plus élevée que les formes hexagonales, ce qui la rend souhaitable pour les appareils électroniques.

3.Propriétés thermiques:

• Conductivité thermique élevée:Le SiC a une excellente conductivité thermique (~3-4 W/cm·K), ce qui permet une dissipation de chaleur efficace, ce qui est crucial pour l'électronique haute puissance.
• Stabilité thermique:Le SiC reste stable à des températures supérieures à 1000 °C, ce qui le rend adapté à des environnements à haute température.

4.Propriétés mécaniques:

• Haute dureté et résistance:Le SiC est un matériau extrêmement dur (dureté Mohs de 9,5), ce qui le rend résistant à l'usure et aux dommages mécaniques.
• Le module des jeunes:Il a un module de Young élevé (~410 GPa), ce qui contribue à sa rigidité et à sa durabilité dans les applications mécaniques.

5.Propriétés chimiques:

• Stabilité chimique:Le SiC est très résistant à la corrosion et à l'oxydation chimiques, ce qui le rend adapté à des environnements difficiles, y compris ceux contenant des gaz et des produits chimiques corrosifs.
• Faible réactivité chimique:Cette propriété améliore encore sa stabilité et ses performances dans des applications exigeantes.

6.Propriétés optoélectroniques:

• L'éclairage par photoluminescence:Le 3C-SiC présente une photoluminescence, ce qui le rend utile dans les appareils optoélectroniques, en particulier ceux opérant dans la gamme ultraviolette.
• Haute sensibilité aux UV:L'écart de bande large des matériaux SiC leur permet d'être utilisés dans les détecteurs UV et autres applications optoélectroniques.

7.Caractéristiques du dopage:

• Dopage à l'azote (type N):L'azote est souvent utilisé comme dopant de type n dans le 3C-SiC, ce qui améliore sa conductivité et sa concentration de porteur d'électrons.Le contrôle précis des niveaux de dopage permet de régler les propriétés électriques du substrat.

8.Applications à réaliser:

• électronique de puissance:La tension de rupture élevée, l'écart de bande large et la conductivité thermique rendent ces substrats idéaux pour les appareils électroniques de puissance tels que les MOSFET, les IGBT et les diodes Schottky.
• Appareils à haute fréquence:La haute mobilité électronique du 4H-SiC et du 3C-SiC permet un fonctionnement efficace à haute fréquence, ce qui les rend adaptés aux applications RF et micro-ondes.
• Optoélectronique:Les propriétés optiques du 3C-SiC en font un candidat pour les détecteurs UV et d'autres applications photoniques.

Ces propriétés font de la combinaison de 4H/6H-P et de 3C-N SiC un substrat polyvalent pour un large éventail d'applications électroniques, optoélectroniques et à haute température avancées.

Photo du substrat SiC 4H/6H-P 3C-N

Applications du substrat 4H/6H-P 3C-N SiC

La combinaison de substrats 4H/6H-P et 3C-N SiC a une gamme d'applications dans plusieurs industries, en particulier dans les appareils à haute puissance, à haute température et à haute fréquence.Voici quelques-unes des principales applications:

1.électronique de puissance:

• Appareils d'alimentation à haute tension:L'écart de bande large et le champ électrique de rupture élevé de 4H-SiC et 6H-SiC rendent ces substrats idéaux pour les appareils de puissance tels que les MOSFET, les IGBT,et les diodes Schottky qui doivent fonctionner à haute tension et courantCes dispositifs sont utilisés dans les véhicules électriques (VE), les moteurs industriels et les réseaux électriques.
• Conversion de puissance à haut rendement:Les appareils à base de SiC permettent une conversion d'énergie efficace avec des pertes d'énergie plus faibles, ce qui les rend adaptés à des applications telles que les onduleurs dans les systèmes d'énergie solaire, les éoliennes,et transmission d'énergie électrique.

2.Applications à haute fréquence et RF:

• Appareils RF et micro-ondes:La haute mobilité électronique et la tension de rupture du 4H-SiC le rendent approprié pour les appareils à radiofréquence (RF) et micro-ondes.et les communications par satellite, où le fonctionnement à haute fréquence et la stabilité thermique sont essentiels.
• Les télécommunications 5G:Les substrats de SiC sont utilisés dans les amplificateurs de puissance et les commutateurs pour les réseaux 5G en raison de leur capacité à gérer des signaux à haute fréquence avec de faibles pertes de puissance.

3.Aérospatiale et défense:

• Sensors et électroniques à haute température:La stabilité thermique et la résistance au rayonnement du SiC le rendent adapté aux applications aérospatiales et de défense.et les conditions difficiles de l'exploration spatiale, équipements militaires et systèmes aéronautiques.
• Systèmes d'alimentation électrique:L'électronique de puissance à base de SiC est utilisée dans les systèmes d'alimentation des aéronefs et des engins spatiaux pour améliorer l'efficacité énergétique et réduire le poids et les besoins en refroidissement.

4.Industrie automobile:

• Véhicules électriques (VE):Les substrats en SiC sont de plus en plus utilisés dans l'électronique de puissance pour les véhicules électriques, tels que les onduleurs, les chargeurs embarqués et les convertisseurs CC-CC.L'efficacité élevée du SiC contribue à prolonger la durée de vie de la batterie et à augmenter l'autonomie des véhicules électriques.
• Stations de recharge rapide:Les dispositifs SiC permettent une conversion d'énergie plus rapide et plus efficace dans les stations de recharge rapide des véhicules électriques, ce qui contribue à réduire les temps de recharge et à améliorer l'efficacité du transfert d'énergie.

5.Applications industrielles:

• Moteurs et commandes:L'électronique de puissance à base de SiC est utilisée dans les moteurs industriels pour contrôler et réguler de grands moteurs électriques à haut rendement.et de l'automatisation.
• Systèmes d'énergie renouvelable:Les substrats de SiC sont essentiels dans les systèmes d'énergie renouvelable tels que les onduleurs solaires et les contrôleurs d'éoliennes, où une conversion efficace de l'énergie et une gestion thermique sont nécessaires pour un fonctionnement fiable.

6.Produits médicaux:

• Équipement médical de haute précision:La stabilité chimique et la biocompatibilité du SiC permettent son utilisation dans des dispositifs médicaux tels que des capteurs implantables, des équipements de diagnostic et des lasers médicaux de haute puissance.Sa capacité à fonctionner à des fréquences élevées avec de faibles pertes d'énergie est essentielle dans les applications médicales de précision.
• électronique résistante aux radiations:La résistance du SiC aux rayonnements le rend adapté aux appareils d'imagerie médicale et aux équipements de radiothérapie, où la fiabilité et la précision sont cruciales.

7.Optoélectronique:

• Détecteurs UV et photodétecteurs:La bande passante du 3C-SiC le rend sensible à la lumière ultraviolette (UV), ce qui le rend utile pour les détecteurs UV dans les applications de surveillance industrielle, scientifique et environnementale.Ces détecteurs sont utilisés pour détecter les flammes., les télescopes spatiaux et l'analyse chimique.
• Les LED et les lasers:Les substrats de SiC sont utilisés dans les diodes électroluminescentes (LED) et les diodes laser, en particulier dans les applications nécessitant une luminosité et une durabilité élevées, telles que l'éclairage automobile, les écrans,et éclairage à l'état solide.

8.Systèmes énergétiques:

• Transformateurs à l'état solideLes appareils d'alimentation en SiC sont utilisés dans les transformateurs à état solide, qui sont plus efficaces et compacts que les transformateurs traditionnels.
• Systèmes de gestion des batteries:Les dispositifs SiC dans les systèmes de gestion des batteries améliorent l'efficacité et la sécurité des systèmes de stockage d'énergie utilisés dans les installations d'énergie renouvelable et les véhicules électriques.

9.Fabrication de semi-conducteurs:

• Substrats de croissance épitaxienne:L'intégration de 3C-SiC sur des substrats 4H/6H-SiC est importante pour réduire les défauts dans les processus de croissance épitaxiale, ce qui améliore les performances des dispositifs semi-conducteurs.Ceci est particulièrement bénéfique dans la production de transistors haute performance et de circuits intégrés.
• Les dispositifs à base de GaN sur SiC:Les substrats de SiC sont utilisés pour l'épitaxie du nitrure de gallium (GaN) dans les dispositifs semi-conducteurs à haute fréquence et à haute puissance.,et des systèmes radar.

10.Environnement hostile électronique:

• Exploration pétrolière et gazièreLes appareils SiC sont utilisés dans l'électronique pour le forage des puits et l'exploration pétrolière, où ils doivent résister à des températures élevées, des pressions et des environnements corrosifs.
• Automatisation industrielle:Dans les environnements industriels difficiles avec des températures élevées et une exposition chimique, l'électronique à base de SiC offre fiabilité et durabilité pour les systèmes d'automatisation et de contrôle.

Ces applications mettent en évidence la polyvalence et l'importance des substrats 4H/6H-P 3C-N SiC pour faire progresser la technologie moderne dans une gamme d'industries.

Questions et réponses

Quelle est la différence entre 4H-SiC et 6H-SiC?

En bref, lors du choix entre 4H-SiC et 6H-SiC: Optez pour 4H-SiC pour les appareils électroniques à haute puissance et haute fréquence où la gestion thermique est essentielle.Choisir le 6H-SiC pour les applications privilégiant l'émission lumineuse et la durabilité mécanique, y compris les LED et les composants mécaniques.

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