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碳化硅晶片为什么存在C面和Si面?

发布时间:2024-01-27发布人:

SiC是一种Si元素和C元素以1:1比例形成的二元化合物,即百分之五十的硅(Si)和百分之五十的碳(C),其基本结构单元为 Si-C 四面体。

SiC 是一种二元化合物,其中 Si-Si 键原子间距为3.89 Å,这个间距如何理解呢?目前市面上最牛逼的光刻机光刻精度3nm,就是30Å的距离,光刻精度是原子距离的8倍。

Si-Si键能大小为 310 kJ/mol,可以理解键能是把这两个原子拉开的力度,键能越大,需要拉开的力越大。

Si-C键原子间距为 1.89 Å, 键能大小为 447 kJ/mol。

从键能上可以看出相较于传统的硅基半导体材料,碳化硅基半导体材料化学性质更加稳定。

SiC 晶体结构还可以采用层状结构方法描述,晶体中的若干C原子均占据在同一平面上的六方格位点中,形成一个C原子密排层,而Si原子也占据在同一平面上的六方格位点中并形成一个Si原子密排层。

C原子密排层中的每一个C都与最邻近的Si相连接,反之Si原子密排层也相同。每两个相邻的 C、Si原子密排层构成一个碳硅双原子层。

SiC晶体的排列组合形式十分丰富,目前已发现的SiC晶型达 200 多个。

这个类似俄罗斯方块,虽然最小单元方块都一样,但方块组合在一起后,就拼成出了不同形态。

SiC的空间结构比俄罗斯方块稍微复杂点,它的最小单元从小方格变成小四面体,由C原子和Si原子组成的四面体。

为了区分 SiC 的不同晶型,目前主要采用 Ramsdell 方法进行标记。该方法采用字母与数字相结合的方法来表示SiC 的不同晶型。

其中字母放在后面,用来表示晶体的晶胞类型。C 代表立方晶型(英文Cubic首字母),H 代表六方晶型(英文Hexagonal首字母),R 代表菱形晶型(英文Rhombus首字母)。数字放在前面,用来表示基本重复单元的Si-C双原子层的层数。

除2H-SiC与3C-SiC外,其它晶型均可视为闪锌矿与纤锌矿结构的混合体,也就是密排六方结构

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C面是指碳化硅晶片的(000-1)晶面,即晶体沿着c轴的负方向切割的表面,该表面的终止原子是碳原子。

硅面是指碳化硅晶片的(0001)晶面,即晶体沿着c轴的正方向切割的表面,该表面的终止原子是硅原子

C面和硅面的不同会影响碳化硅晶片的物理性能和电学性能,如热导率、电导率、载流子迁移率、界面态密度等。

C面和硅面的选择也会影响碳化硅器件的制造工艺和性能,如外延生长、离子注入、氧化、金属沉积、接触电阻等。

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