O substrato de carbeto de silício é dividido em tipo semi-isolante e tipo condutor. Atualmente, a especificação mais comum para substratos de carbeto de silício semi-isolantes é de 4 polegadas. No mercado de carbeto de silício condutor, a especificação mais comum para substratos é de 6 polegadas.
Devido às aplicações subsequentes na área de radiofrequência (RF), os substratos de SiC semi-isolantes e os materiais epitaxiais estão sujeitos ao controle de exportação do Departamento de Comércio dos EUA. O SiC semi-isolante como substrato é o material preferido para heteroepitaxia de GaN e possui importantes perspectivas de aplicação na área de micro-ondas. Comparado com a incompatibilidade cristalina de 14% entre a safira e 16,9% entre o silício, a incompatibilidade cristalina entre o SiC e o GaN é de apenas 3,4%. Aliado à ultra-alta condutividade térmica do SiC, os LEDs de alta eficiência energética e os dispositivos de micro-ondas de alta frequência e alta potência de GaN fabricados com ele apresentam grandes vantagens em radares, equipamentos de micro-ondas de alta potência e sistemas de comunicação 5G.
A pesquisa e o desenvolvimento de substratos de SiC semi-isolantes sempre foram o foco da pesquisa e desenvolvimento de substratos monocristalinos de SiC. Existem duas principais dificuldades no crescimento de materiais de SiC semi-isolantes:
1) Reduzir as impurezas doadoras de N introduzidas pelo cadinho de grafite, pela adsorção do isolamento térmico e pela dopagem no pó;
2) Ao mesmo tempo que se garante a qualidade e as propriedades elétricas do cristal, introduz-se um centro de nível profundo para compensar as impurezas residuais de nível raso com atividade elétrica.
Atualmente, os principais fabricantes com capacidade de produção de SiC semi-isolado são a SICC Co, a Semisic Crystal Co, a Tanke Blue Co e a Hebei Synlight Crystal Co., Ltd.
O cristal condutor de SiC é obtido pela injeção de nitrogênio na atmosfera de crescimento. O substrato condutor de carbeto de silício é usado principalmente na fabricação de dispositivos de potência. Esses dispositivos, com suas vantagens exclusivas de alta tensão, alta corrente, alta temperatura, alta frequência e baixa perda, melhoram significativamente a eficiência de conversão de energia dos dispositivos de potência baseados em silício existentes, tendo um impacto considerável e abrangente no campo da conversão eficiente de energia. As principais áreas de aplicação são veículos elétricos/estações de carregamento, energia fotovoltaica, transporte ferroviário, redes inteligentes, entre outras. Como os produtos condutores são utilizados principalmente em dispositivos de potência para veículos elétricos, energia fotovoltaica e outros setores, o potencial de aplicação é amplo e o número de fabricantes é maior.
Tipos de cristal de carbeto de silício: A estrutura típica do carbeto de silício cristalino 4H de melhor qualidade pode ser dividida em duas categorias: uma é o carbeto de silício cúbico com estrutura de esfalerita, conhecido como 3C-SiC ou β-SiC, e a outra é a estrutura hexagonal ou em forma de diamante com grande período, típica de 6H-SiC, 4H-SiC, 15R-SiC, etc., coletivamente conhecidos como α-SiC. O 3C-SiC tem a vantagem de alta resistividade na fabricação de dispositivos. No entanto, a grande diferença entre as constantes de rede do Si e do SiC, bem como os coeficientes de expansão térmica, pode levar a um grande número de defeitos na camada epitaxial de 3C-SiC. O 4H-SiC possui grande potencial na fabricação de MOSFETs, pois seus processos de crescimento cristalino e de formação de camadas epitaxiais são mais eficientes e, em termos de mobilidade eletrônica, o 4H-SiC apresenta desempenho superior ao 3C-SiC e ao 6H-SiC, proporcionando melhores características de micro-ondas para MOSFETs de 4H-SiC.
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Data da publicação: 16 de julho de 2024