青岛碳化硅衬底半绝缘

碳化硅具有热导率高（比硅高3倍）、与氮化镓晶格失配小（4％）等优势，非常适合用作新一代发光二极管（LED）衬底材料。在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中将碳化硅列为“新一代信息功能材料及器件”，在《中国制造2025》中明确大尺寸碳化硅单晶衬底为“关键战略材料”“先进半导体材料”。可以毫不夸张地说，碳化硅已成为全球半导体产业的前沿和制高点。从整体上来看，碳化硅半导体完整产业链包括：碳化硅原料-晶锭-晶片-外延-芯片-器件-模块，如图1所示。在LED的制备过程中，上游的碳化硅晶片（衬底）材料是决定LED颜色、亮度、寿命等性能指标的主要因素。碳化硅的硬度很大，具有优良的导热和导电性能，高温时能抗氧化。青岛碳化硅衬底半绝缘

为了制造碳化硅半导体器件，需要在碳化硅晶片表面生长1层或数层碳化硅薄膜。这些薄膜具有不同的n、p导电类型，目前主流的方法是通过化学气相沉积方法进行同质外延生长。        碳化硅外延生长方案中，衬底起很大的支配作用，早期碳化硅是在无偏角衬底上外延生长的，即从晶锭上切割下来的晶片其外延表面法线与晶轴（c轴）夹角θ=0°，如碳化硅晶片的Si（0001）或C（000）面，外延表面几乎没有台阶，外延生长期望能够由理想的二维成核生长模型控制。然而实际生长发现，外延结果远未如此理想。由于碳化硅是一种多型体材料，外延层中容易产生多型体夹杂，比如4H-SiC外延层中存在3C-SiC夹杂，使外延层“不纯”，变成一种混合相结构，极大地影响碳化硅器件的性能，甚至不能用这样的外延材料制备器件。另外，这样的外延层宏观外延缺点密度很大，不能用常规的半导体工艺制备器件，即薄膜质量难于达到晶圆级外延水平。河南碳化硅衬底进口SiC衬底吸收380纳米以下的紫外光，不适合用来研发380纳米以下的紫外LED。

SiC材料具有良好的电学特性和力学特性，是一种非常理想的可适应诸多恶劣环境的半导体材料。它禁带宽度较大，具有热传导率高、耐高温、抗腐蚀、化学稳定性高等特点，以其作为器件结构材料，可以得到耐高温、耐高压和抗腐蚀的SiC-MEMS器件，具有广阔的市场和应用前景。同时SiC陶瓷具有高温强度大、抗氧化性强、耐磨损性好、热稳定性佳、热膨胀系数小、热导率大、硬度高以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性。因此，是当前**有前途的结构陶瓷之一，并且已在许多高技术领域(如空间技术、核物理等)及基础产业(如石油化工、机械、车辆、造船等)得到应用，用作精密轴承、密封件、气轮机转子、喷嘴、热交换器部件及原子核反应堆材料等。如利用多层多晶碳化硅表面微机械工艺制作的微型电动机，可以在490℃以上的高温环境下稳定工作。但是SiC体单晶须在高温下生长，掺杂难于控制，晶体中存在缺点，特别是微管道缺点无法消除，而且SiC体单晶非常昂贵，因此发展低温制备SiC薄膜技术对于SiC器件的实际应用有重大意义。

在航空航天或***领域，系统的工作条件极其恶劣。从 80 年代末起，SiC 材料与器件的飞速发展。由于 SiC 材料种类很多，性质各异，它的应用范围十分***。  在大功率器件方面，利用 SiC 材料可以制作的器件，其电流特性、电压特性、和高频特性等具有比 Si材料更好的性质。  在高频器件方面，SiC 高频器件输出功率更高，且耐高温和耐辐射辐射特性更好，可用于通信电子系统等。  在光电器件方面，利用 SiC 不影响红外辐射的性质，可将其用在紫外探测器上，在 350℃的温度检测红外背景下的紫外信号，功率利用率 80%左右。  在耐辐射方面，一些 SiC 器件辐射环境恶劣的条件下使用如核反应堆中应用。 高温应用方面，利用 SiC 材料制备的器件工作温度相当地高，如 SiC MOSFET和 SiC 肖特基二极管可在 900k 下工作。  从世界范围来看，高功率器件是**有可能实现的，应用潜力也比较大，如图 1.2所示。SiC 作为二元化合物半导体，属于Ⅳ族元素中***的固态化合物。它 Si-C 健的能量很稳定，这也是 SiC 在各种极端环境下仍能稳定的原因。SiC 的原子化学能高达 1250KJ/mol；德拜温度达到 1200-1430K，摩尔硬度达到 9 级，*比金刚石摩尔硬度低些；导热性良好，达 5W/cm.K,比其他半导体材料好很多。目前商用碳化硅外延设备生长速率一般为每小时10μm，且不能持续生长。

    随着电力电子变换系统对于效率和体积提出更高的要求，SiC（碳化硅）将会是越来越合适的半导体器件。尤其针对光伏逆变器和UPS应用，SiC器件是实现其高功率密度的一种非常有效的手段。由于SiC相对于Si的一些独特性，对于SiC技术的研究，可以追溯到上世界70年代。简单来说，SiC主要在以下3个方面具有明显的优势:击穿电压强度高（10倍于Si）更宽的能带隙（3倍于Si）热导率高（3倍于Si）这些特性使得SiC器件更适合应用在高功率密度、高开关频率的场合。当然，这些特性也使得大规模生产面临一些障碍，直到2000年初单晶SiC晶片出现才开始逐步量产。目前标准的是4英寸晶片，但是接下来6英寸晶片也要诞生，这会导致成本有显着的下降。而相比之下，当今12英寸的Si晶片已经很普遍，如果预测没有问题的话，接下来4到5年的时间18英寸的Si晶片也会出现。 碳化硅半导体（这里指4H-SiC）是新一代宽禁带半导体。上海碳化硅衬底led

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不同的SiC多型体在半导体特性方面表现出各自的特性。利用SiC的这一特点可以制作SiC不同多型体间晶格完全匹配的异质复合结构和超晶格，从而获得性能较好的器件．其中6H-SiC结构**为稳定，适用于制造光电子器件：p-SiC比6H-SiC活泼，其电子迁移率比较高，饱和电子漂移速度**快，击穿电场**强，较适宜于制造高温、大功率、高频器件，及其它薄膜材料(如A1N、GaN、金刚石等)的衬底和X射线的掩膜等。而且，β-SiC薄膜能在同属立方晶系的Si衬底上生长，而Si衬底由于其面积大、质量高、价格低，可与Si的平面工艺相兼容，所以后续PECVD制备的SiC薄膜主要是β-SiC薄膜[2]。青岛碳化硅衬底半绝缘

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