Vilka är skillnaderna mellan polytyperna 4H SiC och 6H SiC?

Att välja en optimal SiC-polytyp för specifika applikationer är viktigt för att optimera elektriska, termiska och mekaniska prestanda. Föroreningar som Li och grupp VA eller VIA skapar halvbelagda a1-energinivåer nära CBM medan B, N eller P inducerar gitterexpansion.

4H- och 6H-SiC har kubiska och hexagonala bindningar med staplingssekvenser av ABCB, vilket skapar hexagonal symmetri (wurtzit).

Vad är 4H SiC?

Kiselkarbid finns i många olika kristallstrukturer - så kallade polytyper - som alla har olika fysiska och elektriska egenskaper som gör dem lämpliga för vissa halvledartillämpningar. Fyra mycket populära polytyper är 4H SiC och 6H-SiC; skillnaderna mellan dem beror till stor del på variationer i kristallstrukturer som påverkar elektriska och termiska egenskaper.

Kristallstrukturer bestämmer deras egenskaper och representeras i allmänhet av tredimensionella tetraeder (A, B, C)-gitter. En specifik kristall kan identifieras baserat på dess staplingssekvens av tvåskikt som bildar dess gitter samt symmetri; beroende på dessa kriterier kan dess gitter antingen ha kubisk eller hexagonal symmetri beroende på staplingssekvens. Kubiska kristallstrukturer har tre tvåskikts periodicitet och betecknas 3C-SiC; hexagonala kristallstrukturer har sex tvåskikts periodicitet som betecknar 6H-SiC; medan rombohedral bindning leder till tio tvåskikts tetraederstrukturer med 15R-SiC-beteckningar.

4H-SiC:s breda bandgap gör det lämpligt för effektiv drift i miljöer med förhöjda temperaturer och spänningar, vilket gör det till det bästa materialet för högeffektselektronik som strömbrytare. Dessutom säkerställer den höga nedbrytningsstyrkan stabila prestanda under stress medan den överlägsna värmeledningsförmågan möjliggör effektiv värmeavledning - alla egenskaper som gör 4H-SiC till ett utmärkt val för applikationer som kräver robusta prestanda under extrema miljöförhållanden, t.ex. flygelektronik som kräver robust drift under tuffa förhållanden.

Vilka är de viktigaste skillnaderna mellan 4H SiC och 6H-SiC?

Eftersom kiselkarbidskivor fortsätter att spela en viktig roll i skapandet av avancerad elektronik är det avgörande för tillverkarna att välja rätt polytyp. Att välja den mest effektiva skivan innebär att förbättra prestanda, effektivitet och livslängd i halvledarenheter - det är därför viktigt att tillverkarna förstår de strukturella skillnaderna mellan 4H SiC och 6H-SiC för att välja en optimal skiva som bäst uppfyller deras krav.

De två SiC-kristallstrukturerna skiljer sig avsevärt åt när det gäller deras atombindningar och den övergripande symmetrin i kristallstrukturen, där 4H-SiC har kubiska bindningar med tvåskiktsstaplingssekvenser ABCB medan 6H-SiC har wurtzitbindningar av ABABB BAB ABA (se figur 2089a). Båda polytyperna har både kubisk och wurtzitbindning; andra icke-kubiska SiC-polytyper som 3C-SiC och 15R-SiC använder endast wurtzitbindning (se figur 2089a).

6H-SiC:s breda bandgap och höga genomslagsspänning gör det till ett idealiskt material för kraftelektronik som arbetar vid förhöjda temperaturer och frekvenser, eftersom dess överlägsna värmeledningsförmåga, som är tre gånger högre än för traditionellt kisel, underlättar effektiv värmeavledning - en annan viktig faktor för enheternas tillförlitlighet och effektivitet. Dessutom utmärker sig 4H-SiC genom sin kristallstruktur och sina fysikaliska egenskaper, vilket gör det lämpligt för sensorer som arbetar i höga temperaturer och för enheter som utsätts för påfrestningar, t.ex. strömbrytare och rymdelektronik.

Vilka är fördelarna med 4H SiC?

4H SiC:s exceptionella mekaniska styrka och hårdhet - som ger den oöverträffad motståndskraft mot tuffa miljöer - gör den till ett ovärderligt val för kraftelektronik, inklusive switchar och dioder. Dess höga elektriska fältstyrka och utmärkta mättnadselektronhastighet möjliggör effektiv drift vid förhöjda temperaturer, spänningar och strömmar; dess exceptionella värmeledningsförmåga underlättar effektiv värmeavledning för att bibehålla enhetens integritet under högeffektsoperationer.

SiC:s höga brytningsindex möjliggör en tät ljusbegränsning och överlägsen prestanda i applikationer som optiska förstärkare och ringresonatorer, och det höga andra ordningens ickelinjära brytningsindexet gör materialet till en idealisk yta för våglängdskonvertering genom fyrvågsblandning.

Breda bandgap ger försumbara läckströmmar i korsningen, vilket sänker enhetens totala driftstemperatur och gör att mer effekt kan levereras med minskad värmeförlust. Dessutom resulterar den höga elektriska fältstyrkan vid genombrott i mindre driftlager för en given blockeringsspänning, vilket avsevärt sänker switchförlusterna.

Hemokompatibilitet är en annan viktig egenskap hos SiC, eftersom det gör det möjligt för det att interagera sömlöst med blodplasma som omger våra hjärnor och andra organsystem. Denna kompatibilitet kan utnyttjas av implanterbara biologiska enheter som nervimplantat och in vivo-avkännings- och kontrollösningar för framtida medicin. Nya hemokompatibilitetsstudier har visat att både 6H- och 4H-SiC uppvisar låg trombotisk reaktivitet med trombocytrik plasma (PRP), vilket gör dem till perfekta kandidater för medicinska tillämpningar.

Vilka är nackdelarna med 4H SiC?

4H-SiC:s breda bandgap (3,2eV) i kombination med dess höga genomslagsspänning och låga defekttäthet gör det till ett utmärkt material för kraftelektronikapplikationer som högpresterande switchar och dioder som arbetar vid förhöjda temperaturer - idealiskt för applikationer som elfordon och system för förnybar energi som kräver tillförlitlig prestanda under stress. Dessutom ger den tre gånger högre värmeledningsförmågan en exceptionell värmeavledning som säkerställer enhetens integritet och livslängd.

4H-SiC har många fördelar jämfört med kisel för MEMS-tillämpningar, bl.a. elektroniska, kemiska och mekaniska egenskaper som gör det lämpligt för trycksensorer, accelerometrar, mekaniska resonatorer och gyroskop. Dessutom överträffar dess brottseghet kiselets, vilket skapar tillförlitliga enheter i tuffa miljöer.

SiC används i PIC-applikationer trots sin dåliga substratkvalitet och processteknik, särskilt för vågledarsyntes - en viktig byggsten i högpresterande fotoniska enheter - på grund av punktdefekter som orsakar betydande förluster och minskar enhetens prestanda. Det är dock möjligt att minska dessa punktdefekter genom att förbättra ytkemin i epitaxilagret och optimera tillväxtförhållandena; att kontrollera defektfördelningen genom dopningskontroller samt att tillämpa kontrollerad dopningsteknik kan alla bidra till att mildra sådana brister.