碳化硅 (碳化硅) 是一種廣泛使用的半導體材料，以其卓越的性能而聞名。由于其高導熱性，它通常用于各種應用，寬帶隙，和優異的機械強度。然而， 碳化硅有不同的多型， 包括 4H SiC 和 6H-SiC, 具有獨特的特征。 在本此科普中主要講述 4H SiC 和 6H-SiC 之間的區別，突出他們的晶體結構、特性、和應用。

碳化硅概述

碳化硅是由硅和碳原子組成的化合物，它是一種化學式為SiC的共價材料，碳化硅以各種晶體結構存在， 稱為多型。 這些多型體的不同之處在于它們的堆疊順序和原子排列， 導致它們的物理和電氣特性發生變化。

碳化硅的種類

由于Si與C雙原子層堆積序列的差異會導致不同的晶體結構，SiC有著超過200種（目前已知）同質多型族。最被人熟知的便是立方密排的3C-SiC和六方密排的2H-SiC、4H-SiC、6H-SiC（碳化硅具有優良的物理和化學性能） 在這些當中， 4H SiC 和 6H-SiC 被廣泛研究并用于各種半導體應用， 兩種類型都表現出優異的材料特性，但它們的具體特征使它們與眾不同。

碳化硅的結構

碳化硅的晶體結構 決定了它的屬性和性能。 4H SiC和6H-SiC均屬于六方晶系，區別在于它們的堆疊順序，在 4H 碳化硅中，這些層按 ABCB 順序堆疊。而在 6H-SiC 中，堆疊順序是ABABAB，堆疊的這種變化導致對稱性的差異、晶格常數、和這些多型體的電氣特性。前面提到的 4H SiC 具有 ABCB 堆疊順序， 與 6H-SiC 的 ABABAB 堆疊相比具有更高的對稱性。這種對稱性差異影響晶體生長過程， 導致缺陷密度和晶體質量的變化。

物性

在物理性能方面，4H SiC 和 6H-SiC 都表現出相似的特性，它們具有高硬度，優異的導熱性，和出色的耐化學性。然而，由于晶體結構的不同， 4H SiC 沿 c 軸具有更高的熱導率，而 6H-SiC 在基面顯示出更高的熱導率， 這種區別使每種多型體適用于需要在不同方向散熱的特定應用。

電性能

4H SiC 和 6H-SiC 的電性能也因其晶體結構而不同， 4H-SiC與 6H-SiC 相比，H SiC 具有更高的電子遷移率， 使其成為高頻和大功率設備的理想選擇。另一方面， 6H-SiC 表現出較低濃度的深能級缺陷，使其適用于需要載流子復合率低的高質量襯底的應用。

4H SiC和6H-SiC應用

4H SiC和6H-SiC在各個領域都有應用。這些多型體的獨特屬性使其成為不同半導體器件的理想選擇。 4H SiC常用于大功率電子器件，例如 MOSFET、肖特基二極管、和雙極結型晶體管，它也用于微波應用。紫外發光二極管 (發光二極管)、和輻射探測器。另一方面, 是需要高質量基材的應用的首選, 包括電子器件的外延生長和制造。

4H-SiC——功率集成電路應用

6H-SiC——射頻應用

4H SiC與6H-SiC的比較

總之, 4H SiC 和 6H-SiC 之間的主要區別在于它們的晶體結構, 物理特性, 和電氣性能。4H SiC 沿 c 軸表現出更高的熱導率, 更高的電子遷移率, 適用于大功率應用. 6碳化硅, 具有較低的缺陷密度和較低的載流子復合率, 更適合高品質基材應用. 兩種多型體之間的選擇取決于半導體器件的具體要求及其預期應用。

在不同的晶面上生長不同的晶錠多型體

4H-SiC——在碳 (C) 面晶種上生長

6H-SiC——在硅 (Si) 面晶種上生長

結論

碳化硅, 具有獨特的性能和晶體結構, 為半導體應用提供廣泛的可能性。 了解 4H SiC 和 6H-SiC 之間的區別對于為特定器件要求選擇合適的多型體至關重要。兩種多型各有優勢，適用于不同的應用領域 半導體行業。 無論是大功率電子產品還是高質量基板, 碳化硅繼續為技術進步鋪平道路。