SiC Substrate 4H/6H-P 3C-N 45.5mm ~ 150.0mm Z الصف P الصف D الصف

4H/6H-P 3C-N SiC الركيزة

تستكشف هذه الدراسة الخصائص الهيكلية والإلكترونية للأسطوانات من كربيد السيليكون (SiC) 4H/6H المتكاملة مع أفلام 3C-N SiC المزروعة بالشريحة.يقدم الانتقال المتعدد الأنماط بين 4H/6H-SiC و 3C-N-SiC فرصًا فريدة لتحسين أداء أجهزة أشباه الموصلات القائمة على SiCمن خلال ترسب البخار الكيميائي عالي درجة الحرارة (CVD) ، يتم ترسب أفلام 3C-SiC على الركائز الأساسية 4H/6H-SiC ، بهدف تقليل عدم تطابق الشبكة وكثافة الانقسام.تحليل مفصل باستخدام الانعكاس بالأشعة السينية (XRD)، المجهر القوي الذري (AFM) ، ومجهر الإلكترونات الإرسال (TEM) يكشف عن محاذاة الشجرة والشكل السطحي للأفلام.القياسات الكهربائية تشير إلى تحسن حركة الناقل وجهد الانهيار، مما يجعل هذا التكوين الركيزة واعدة للجيل القادم من الطاقة العالية والترددات العالية التطبيقات الإلكترونية.تؤكد الدراسة على أهمية تحسين ظروف النمو لتقليل العيوب وتعزيز التماسك الهيكلي بين الأنواع الكثيرة المختلفة من SiC.

خصائص 4H/6H-P 3C-N SiC

الرواسب 4H/6H poly (P) كربيد السيليكون (SiC) مع 3C-N (النيتروجين المضغوط) SiC الأفلام تظهر مزيج من الخصائص التي هي مفيدة لمختلف عالية الطاقة، عالية التردد،وتطبيقات درجات الحرارة العاليةهذه هي الخصائص الرئيسية لهذه المواد

1.النماذج المتعددة والبنية البلورية:

• 4H-SiC و 6H-SiC:هذه هي الهياكل البلورية السادسة الأطراف مع تسلسلات تكوين مختلفة من Si-C bilayers. "H" يشير إلى التماثل السادس الأطراف، والأرقام تشير إلى عدد الطبقات في تسلسل التكوين.
  • 4H-SiC:يوفر تحركًا إلكترونيًا أعلى وفجوة نطاق أوسع (حوالي 3.2 eV) ، مما يجعله مناسبًا لأجهزة التردد العالي والقوة العالية.
  • 6H-SiC:لديه تحرك إلكتروني أقل قليلاً والفجوة النطاقية (حوالي 3.0 eV) مقارنة بـ 4H-SiC ولكنه لا يزال يستخدم في إلكترونيات الطاقة.
• 3C-SiC (مكعب):الشكل المكعب لـ SiC (3C-SiC) عادةً ما يكون له بنية بلورية أكثر تعددًا ، مما يؤدي إلى نمو أسهل على الركائز ذات الكثافة المنعزلة المنخفضة. لديه فجوة في النطاق حوالي 2.36 eV و هو مناسب لدمج مع الأجهزة الإلكترونية.

2.الخصائص الإلكترونية:

• فجوة واسعةيحتوي SiC على فجوة نطاق واسعة تسمح له بالعمل بكفاءة في درجات حرارة عالية وتوترات عالية. تختلف الفجوة النطاقية اعتمادًا على النوع المتعدد:
  • 4H-SiC:3.2 eV
  • 6H-SiC:3.0 eV
  • 3C-SiC:2.36 eV
• حقل كهربائي عالي الانهيار:إن الحقل الكهربائي عالي الانهيار (~ 3-4 MV / cm) يجعل هذه المواد مثالية لأجهزة الطاقة التي تحتاج إلى تحمل التوترات العالية دون انهيار.
• تحرك الناقل:
  • 4H-SiC:تحرك الكترونات العالي (~ 800 سم 2 / فولت) مقارنة بـ 6H-SiC.
  • 6H-SiC:حركة الكترونات المعتدلة (~ 400 سم2/فولت).
  • 3C-SiC:الشكل المكعب عادة ما يكون له تحرك إلكتروني أعلى من الأشكال السداسية ، مما يجعله مرغوبًا فيه للأجهزة الإلكترونية.

3.الخصائص الحرارية:

• سلكية حرارية عالية:يحتوي SiC على توصيل حراري ممتاز (~ 3-4 W / cm · K) ، مما يتيح استبعاد الحرارة بكفاءة ، وهو أمر حاسم في الإلكترونيات عالية الطاقة.
• الاستقرار الحراري:يظل SiC مستقرًا عند درجات حرارة تزيد عن 1000 درجة مئوية ، مما يجعله مناسبًا للبيئات ذات درجات الحرارة العالية.

4.الخصائص الميكانيكية:

• صلابة عالية وقوة:الـ SiC مادة صلبة للغاية (صلابة موه 9.5) ، مما يجعلها مقاومة للارتداء والأضرار الميكانيكية.
• (مودول الشباب العالي)يحتوي على نموذج يونغ عالي (~ 410 جي بي أي) ، مما يسهم في صلابته ومتانته في التطبيقات الميكانيكية.

5.الخصائص الكيميائية:

• الاستقرار الكيميائي:الـ SiC مقاوم للغاية للتآكل الكيميائي والأكسدة، مما يجعله مناسبًا للبيئات القاسية، بما في ذلك تلك التي تحتوي على غازات ومواد كيميائية آكسة.
• فعالية كيميائية منخفضة:هذه الخاصية تعزز استقرارها وأدائها في التطبيقات المطالبة.

6.الخصائص الالكترونية الضوئية:

• الضوء الضوئي:يظهر 3C-SiC الضوء الضوئي ، مما يجعله مفيدًا في الأجهزة الإلكترونية الضوئية ، وخاصة تلك التي تعمل في النطاق فوق البنفسجي.
• حساسية عالية للأشعة فوق البنفسجية:تتيح الفجوة العريضة لمواد SiC استخدامها في أجهزة الكشف عن الأشعة فوق البنفسجية وغيرها من التطبيقات الإلكترونية الضوئية.

7.خصائص المنشطات:

• تعاطي النيتروجين (النوع N):غالباً ما يستخدم النيتروجين كمضاد من النوع n في 3C-SiC ، مما يعزز موصلاته وتركيز حامل الإلكترون.السيطرة الدقيقة على مستويات الدوبينج تسمح بتحسين الخصائص الكهربائية للجزء السفلي.

8.التطبيقات:

• إلكترونيات الطاقة:فجهد الانهيار العالي، والفجوة العريضة، والقيادة الحرارية تجعل هذه الأساسات مثالية للأجهزة الإلكترونية القوية مثل MOSFETs، IGBTs، وديودات Schottky.
• أجهزة التردد العالي:تتيح الحركة الكهربائية العالية في 4H-SiC و 3C-SiC للعمل بكفاءة عالية التردد ، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات RF والميكروويف.
• أجهزة الألكترونيات:خصائص 3C-SiC البصرية تجعلها مرشحة لمستشعرات الأشعة فوق البنفسجية وغيرها من التطبيقات الفوتونية.

هذه الخصائص تجعل مزيج من 4H / 6H-P و 3C-N SiC رصيفًا متعدد الاستخدامات لمجموعة واسعة من التطبيقات الإلكترونية والبصرية الإلكترونية المتقدمة وذات درجة حرارة عالية.

صورة لـ 4H/6H-P 3C-N SiC

تطبيقات 4H/6H-P 3C-N SiC

يحتوي مزيج من 4H / 6H-P و 3C-N SiC على مجموعة من التطبيقات عبر العديد من الصناعات ، وخاصة في أجهزة عالية الطاقة وارتفاع درجة الحرارة وارتفاع التردد.فيما يلي بعض التطبيقات الرئيسية:

1.إلكترونيات الطاقة:

• أجهزة الطاقة عالية الجهد:الفجوة واسعة النطاق والحقل الكهربائي عالية الانهيار من 4H-SiC و 6H-SiC جعل هذه الركائز مثالية لأجهزة الطاقة مثل MOSFETs، IGBTs،وديودات شوتكي التي تحتاج إلى العمل في الجهد العالي والتياراتتستخدم هذه الأجهزة في المركبات الكهربائية (EVs) ، محركات المحرك الصناعية، وشبكات الكهرباء.
• تحويل الطاقة عالية الكفاءة:الأجهزة القائمة على سيك تمكن من تحويل الطاقة بكفاءة مع خسائر طاقة أقل، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات مثل المحولات في أنظمة الطاقة الشمسية، توربينات الرياح،ونقل الكهرباء.

2.التطبيقات عالية التردد و RF:

• أجهزة الترددات الراديوية و أجهزة الميكروويف:تحركية الإلكترون العالية وجهد الانهيار لـ 4H-SiC تجعلها مناسبة لأجهزة الترددات الراديوية (RF) وأجهزة الميكروويف. هذه الأجهزة حاسمة في أنظمة الاتصالات اللاسلكية ، الرادار ،والاتصالات عبر الأقمار الصناعية، حيث العمل عالية التردد والاستقرار الحراري ضرورية.
• 5G الاتصالات:تستخدم أسطوانات SiC في مكبرات الطاقة والمفاتيح لشبكات 5G بسبب قدرتها على التعامل مع إشارات التردد العالي مع خسائر طاقة منخفضة.

3.الطيران والفضاء والدفاع:

• أجهزة الاستشعار والإلكترونيات عالية الحرارة:الاستقرار الحراري ومقاومة الإشعاع لـ SiC تجعله مناسبًا لتطبيقات الطيران والدفاع. يمكن أن تعمل أجهزة SiC في درجات حرارة متطرفة ، بيئات عالية الإشعاع ،والظروف القاسية التي وجدت في استكشاف الفضاءالمعدات العسكرية ونظم الطيران
• أنظمة إمدادات الطاقة:تستخدم إلكترونيات الطاقة القائمة على SiC في أنظمة إمدادات الطاقة للطائرات والمركبات الفضائية لتحسين كفاءة استخدام الطاقة وتقليل الوزن ومتطلبات التبريد.

4.صناعة السيارات:

• المركبات الكهربائية:تستخدم أسطوانات SiC على نحو متزايد في الإلكترونيات الكهربائية للسيارات الكهربائية ، مثل المحولات والشواحن الداخلية ومحولات DC-DC.تساعد الكفاءة العالية لـ SiC في تمديد عمر البطارية وزيادة نطاق قيادة المركبات الكهربائية.
• محطات الشحن السريع:تسمح أجهزة SiC بتحويل الطاقة بشكل أسرع وأكثر كفاءة في محطات الشحن السريع للسيارات الكهربائية ، مما يساعد على تقليل أوقات الشحن وتحسين كفاءة نقل الطاقة.

5.تطبيقات صناعية:

• محركات الدفع والتحكم:تستخدم إلكترونيات الطاقة القائمة على SiC في محركات المحرك الصناعية للسيطرة على المحركات الكهربائية الكبيرة وتنظيمها بكفاءة عالية. تستخدم هذه الأنظمة على نطاق واسع في التصنيع والروبوتاتوالأتمتة.
• أنظمة الطاقة المتجددةتعتبر أسطوانات SiC حاسمة في أنظمة الطاقة المتجددة مثل محولات الطاقة الشمسية ومراقبي توربينات الرياح ، حيث يكون تحويل الطاقة الفعال والإدارة الحرارية ضروريان للعمل الموثوق به.

6.الأجهزة الطبية:

• معدات طبية عالية الدقة:يسمح الاستقرار الكيميائي والتوافق البيولوجي لـ SiC باستخدامه في الأجهزة الطبية مثل أجهزة الاستشعار القابلة للزرع ومعدات التشخيص والليزر الطبي عالي الطاقة.قدرته على العمل في ترددات عالية مع خسائر طاقة منخفضة أمر ضروري في التطبيقات الطبية الدقيقة.
• الكترونيات المقاومة للإشعاع:المقاومة للإشعاع تجعلها مناسبة لأجهزة التصوير الطبية ومعدات العلاج الإشعاعي، حيث تكون الموثوقية والدقة حاسمة.

7.أجهزة الألكترونيات:

• أجهزة الكشف عن الأشعة فوق البنفسجية وأجهزة الكشف عن الضوء:يجعلها فجوة 3C-SiC حساسة للأشعة فوق البنفسجية (UV) ، مما يجعلها مفيدة لكاشفات الأشعة فوق البنفسجية في التطبيقات الصناعية والعلمية والبيئية لمراقبة.هذه أجهزة الكشف تستخدم في الكشف عن اللهبالتلسكوبات الفضائية والتحليل الكيميائي
• مصابيح LED والليزر:تستخدم أسطوانات SiC في ثنائيات الإشعاع الضوئي (LEDs) و ثنائيات الليزر ، وخاصة في التطبيقات التي تتطلب سطوعاً عالياً ودائمة ، مثل إضاءة السيارات ، والعروض ،والإضاءة الصلبة.

8.أنظمة الطاقة

• المحولات الصلبة:تستخدم أجهزة طاقة SiC في محولات الحالة الصلبة ، والتي هي أكثر كفاءة وتقنية من المحولات التقليدية. هذه أهمية كبيرة في توزيع الطاقة وأنظمة الشبكات الذكية.
• أنظمة إدارة البطارية:أجهزة SiC في أنظمة إدارة البطارية تحسن كفاءة وسلامة أنظمة تخزين الطاقة المستخدمة في منشآت الطاقة المتجددة والمركبات الكهربائية.

9.تصنيع أشباه الموصلات:

• أساسات النمو القصبي:يعد دمج 3C-SiC على الركائز 4H/6H-SiC مهمًا للحد من العيوب في عمليات النمو البصرية ، مما يؤدي إلى تحسين أداء جهاز أشباه الموصلات.هذا مفيد بشكل خاص في إنتاج الترانزستورات عالية الأداء والدوائر المتكاملة.
• أجهزة GaN على SiC:تستخدم أسطوانات SiC لتحليل نتريد الغاليوم (GaN) في أجهزة أشباه الموصلات عالية التردد وعالية الطاقة. أجهزة GaN-onSiC شائعة في مكبرات الطاقة اللاسلكية، وأنظمة الاتصالات الفضائية,وأنظمة الرادار

10.البيئة القاسية الإلكترونيات:

• التنقيب عن النفط والغاز:تستخدم أجهزة سي سي في الإلكترونيات لحفر الحفر والتنقيب عن النفط ، حيث يجب أن تتحمل درجات الحرارة العالية والضغوط والبيئات المآكلة.
• الأتمتة الصناعية:في البيئات الصناعية القاسية ذات درجات الحرارة العالية والتعرض الكيميائي، توفر الإلكترونيات القائمة على SiC موثوقية ومتانة لأنظمة الأتمتة والتحكم.

هذه التطبيقات تسلط الضوء على تنوع وأهمية 4H / 6H-P 3C-N SiC الركائز في تطوير التكنولوجيا الحديثة في مجموعة من الصناعات.

أسئلة وأجوبة

ما هو الفرق بين 4H-SiC و 6H-SiC؟

باختصار، عند الاختيار بين 4H-SiC و 6H-SiC: اختر 4H-SiC للإلكترونيات عالية الطاقة و عالية التردد حيث الإدارة الحرارية حاسمة.اختار 6H-SiC للتطبيقات التي تعطي الأولوية لإطلاق الضوء والمتانة الميكانيكية، بما في ذلك المصابيح المضيئة والمكونات الميكانيكية.

الكلمات الرئيسية: SiC Substrate SiC wafer سيلكون كاربيد wafer