聊聊SiC晶圆（1）-性质

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随着电子设备的性能需求持续上升，传统的硅衬底已经难以满足高频率、高功率和高温环境下的应用需求。一种新型半导体材料——碳化硅，受到业内的追捧，一度大火。那么SiC衬底有哪些优秀的品质？如何被制造出来的？有哪方面的应用呢？

硅化碳（Silicon Carbide，SiC）晶圆通常是单晶的，但是这些单晶SiC晶圆可能由不同的多晶形体构成，SiC的多晶形体包括3C-SiC、4H-SiC、6H-SiC等，每种多晶形都有自己独特的性质。

SiC的晶体结构是由硅（Si）和碳（C）的原子以特定的方式排列形成的，而这种特定的排列方式就决定了SiC的晶体结构。"H"代表六方晶体结构（Hexagonal），"C"代表立方晶体结构（Cubic），数字则表示其具有的层数。"3C"指的是立方晶系的SiC（具有三方面的对称性，也称为β-SiC），"4H"和"6H"指的是六方晶系的SiC（具有六方面的对称性）。

1，高带隙能。

碳化硅是一种宽禁带半导体，SiC的带隙能大约在2.36到3.3电子伏特（eV）之间，这个范围取决于SiC的多晶形式。而硅的带隙能为1.12电子伏特。

带隙能是指材料阻止电子从价带跃迁到导带所需要的最小能量。大于这个能量，电子可以从价带跃迁到导带，从而使得电子具有自由移动的能力，材料就变得导电。也就是说，高带隙能的材料，需要更高的能量才能识才能使材料导电，这个能量包括温度，电压等。因此高带隙能的材料具有很高的热稳定性，更高的击穿电压等。击穿电压是材料由绝缘体变为导体的临界电压。因此，SiC晶圆衬底制作的器件能够在更高的温度，更高的电压下下工作而不发生故障。

热导率是一种物质的基本物理性质，它描述的是材料导热的能力，即单位时间内单位面积的热量传递量。热导率越大，导热性越好。

SiC的热导率约为3-4.9 W/cm·K，远高于硅的1.5 W/cm·K。这使得SiC半导体芯片在电流流过时，能够更有效地将内部产生的热量扩散出去，从而保持芯片的稳定运行。而芯片在工作过程中会产生大量的热量，如果不能有效地将这些热量导出，就会导致芯片过热，从而降低芯片的性能。

SiC是一种非常硬的材料，其硬度仅次于金刚石，其莫氏硬度为9.5，金刚石为10。这种高硬度使得碳化硅在许多应用中具有优越的耐磨损性。但是，碳化硅的高硬度同时也带来了制程的挑战。例如，在晶圆切割、磨削和抛光等制程中，需要使用特别的设备和工艺参数。

SiC是由硅和碳原子以共价键方式组成的四面体结构，这种结构为其提供了出色的化学稳定性。SiC在强酸、强碱的环境下能表现出良好的稳定性。但是在干法刻蚀工艺时刻蚀速率很低，需要特殊的刻蚀设备。

未完待续，下期介绍SiC晶圆的制造工艺及应用。

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