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5-4-2 Wachstum von 3c-sic auf großflächigen (Silicium) Substraten

5. Siliciumcarbid-Technologie

5-4-2 Wachstum von 3c-sic auf großflächigen (Silicium) Substraten

2018-01-08

Trotz des Fehlens von Substraten führten die möglichen Vorteile der Elektronik für feindliche Umgebungen zu bescheidenen Forschungsbemühungen, die darauf abzielten, Silizium in einer herstellbaren Waferform zu erhalten. Zu diesem Zweck wurde das heteroepitaxiale Wachstum von Einkristallschichten auf großflächigen Substraten durchgeführt Silikonsubstrate wurde 1983 zum ersten Mal durchgeführt, und im Laufe der Jahre folgten viele andere, die eine Vielzahl von Wachstumstechniken einsetzten. Vor allem aufgrund der großen Unterschiede in der Gitterkonstante (~ 20% Unterschied zwischen sic und si) und Wärmeausdehnungskoeffizient (~ 8% Unterschied) führt die Heteroepitaxie von Silizium unter Verwendung von Silizium als Substrat immer zu einem Wachstum von 3c-sic mit einer sehr hohen Dichte von kristallographischen Strukturdefekten wie Stapelfehlern, Mikrotwinen und Inversionsdomänengrenzen. andere großflächige Wafermaterialien neben Silizium (wie etwa Saphir, Silizium-auf-Isolator und Tic) wurden als Substrate für das heteroepitaktische Wachstum von Silizium-Epischichten verwendet, aber die resultierenden Filme hatten eine vergleichsweise schlechte Qualität mit hohen kristallographischen Defektdichten. Der vielversprechendste 3c-Silizium-auf-Silizium-Ansatz, der bisher die geringste kristallographische Defektdichte erreicht hat, beinhaltet die Verwendung von undulanten Silizium-Substraten. Jedoch bleiben selbst bei diesem hochgradig neuen Ansatz die Versetzungsdichten im Vergleich zu Silicium- und massiven hexagonalen Siliciumwafern sehr hoch.

Während einige begrenzte elektronische Halbleiterbauelemente und -schaltungen in auf Silizium aufgewachsenem Silizium implementiert wurden, kann die Leistungsfähigkeit dieser Elektronik (zum jetzigen Zeitpunkt) durch die hohe Dichte kristallographischer Defekte in dem Maße, in dem sie fast keiner sind, als stark begrenzt angesehen werden Die in Abschnitt 5.3 diskutierten operativen Vorteile wurden erfolgreich umgesetzt. neben anderen Problemen \"lecken\" die Kristalldefekte einen parasitären Strom über in Sperrrichtung vorgespannte Vorrichtungsübergänge, wo kein Stromfluss erwünscht ist. weil übermßige Kristalldefekte zu Mängeln der elektrischen Vorrichtung führen, gibt es noch keine kommerzielle Elektronik, die auf großflächigen Substraten gewachsen ist. Daher hat 3c-sic, das auf Silizium aufgewachsen ist, gegenwärtig mehr Potenzial als mechanisches Material in Anwendungen für mikroelektromechanische Systeme (mems) (Abschnitt 5.6.5), anstatt nur als Halbleiter in der traditionellen Transistorelektronik verwendet zu werden.

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