半導(dǎo)體碳化硅單晶材料的發(fā)展！
以硅(Si)、砷化鎵(GaAs)為代表的代和第二代半導(dǎo)體材料的高速發(fā)展，推動了微電子、光電子技術(shù)的迅猛發(fā)展。
然而受材料性能所限，這些半導(dǎo)體材料制成的器件大都只能在200℃以下的環(huán)境中工作，不能滿足現(xiàn)代電子技術(shù)對高溫、高頻、高壓以及抗輻射器件的要求。
作為第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料的代表，碳化硅(SiC)單晶材料具有禁帶寬度大(~Si的3倍)、熱導(dǎo)率高(~Si的3.3倍或GaAs的0倍)、電子飽和遷移速率高(~Si的2.5倍)和擊穿電場高(~Si的0倍或GaAs的5倍)等性質(zhì)[-2]，如表所示。
SiC器件在高溫、高壓、高頻、大功率電子器件領(lǐng)域和航天、軍工、核能等環(huán)境應(yīng)用領(lǐng)域有著不可替代的優(yōu)勢[3-7]，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料器件在實際應(yīng)用中的缺陷，正逐漸成為功率半導(dǎo)體的主流。
碳化硅原料
半導(dǎo)體碳化硅單晶材料發(fā)展史
SiC是早發(fā)現(xiàn)的半導(dǎo)體材料之一，自824年瑞典科學(xué)家Berzelius在人工合成金剛石的過程中觀察到SiC多晶相以來，SiC 單晶的發(fā)展經(jīng)歷了一個漫長而曲折的過程。
893年，Acheson將石英砂、焦炭、少量木屑以及NaCl的混合物放在電弧爐中加熱到2700℃，終獲得了SiC鱗片狀單晶，如圖所示，這種方法主要用于制作SiC磨料，無法滿足半導(dǎo)體要求。
直到955年，Lely[8]首先在實驗室用升華法成功制備出了SiC單晶，如圖2所示，他將SiC 粉料放在石墨坩堝和多孔石墨管之間, 通入惰性氣體(通常用氬氣)，在壓力為atm 條件下，加熱約2500℃的高溫，SiC 粉料升華分解為Si， SiC2和Si2C等氣相組分，在生長體系中溫度梯度產(chǎn)生的驅(qū)動力下，氣相組分在溫度較低的多孔石墨管內(nèi)壁上自發(fā)成核生成片狀SiC 晶體，這種方法奠定了毫米級SiC單晶生長的工藝基礎(chǔ)，此后，有關(guān)SiC的研究工作展開。
978年，Tairov和Tsvetkov[9]成功的把Lely法與籽晶、溫度梯度等其它晶體生長技術(shù)研究中經(jīng)常考慮的因素巧妙地結(jié)合在一起，創(chuàng)造出改良的SiC晶體生長技術(shù)，PVT法是目前商品化SiC晶體生長系統(tǒng)的主要方法。
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