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第三代半導體材料碳化矽發展歷程及制備技術

第三代半導體材料主要包括氮化鎵(GaN)和碳化矽(SiC)等,其中碳化矽和氮化鎵的結晶加工技術,在大規模生產上取得了顯著成績。此外,配合石墨烯、黑磷等新型二維材料的出現,以及氧化物半導體等全新材料的研發,也為第三代半導體的發展提供了可能。

下面簡單介紹壹下碳化矽的發展歷程和制備技術:

發展歷程:

1. 早期發展:碳化矽材料早在19世紀末便被發現,1907年,隨著Ferdinand Braun發明了第壹款無線電設備,鉛硫礦晶體開始用於制作整流二極管,碳化矽也由此開始應用於電子器件。

2. 發展階段:60年代以後,美國等開始對碳化矽材料進行深入研究,希望借此材料發展更先進的無線電設備。進入80、90年代,隨著對碳化矽晶體生長技術的掌握,碳化矽的商業化生產開始實現。

3. 現代研究:21世紀以來,碳化矽應用於集成電路、功率電子等領域的研究進展迅速,取得了壹系列突破性成果。

制備技術:

1. 氣相沈積(CVD)法:氣相沈積法是制備碳化矽的壹種常見技術,通過高溫下使氣相中的材料在襯底上以單層或者多層的方式沈積成薄膜。

2. 物理氣相沈積(PVD)法:物理氣相沈積法通過物理方法(例如蒸發、濺射等)將物質從固態源轉化為氣態,然後在襯底上沈積生成薄膜或者多層膜。

3. 束外瀉晶生長(PECVD)法:采用低溫等離子體增強的氣相沈積,主要是通過刷新反應氣體並利用等離子體中的激發態粒子催化反應產生碳化矽膜,這樣既能獲得高質量的碳化矽膜,又能在低溫下實現增長。

4. 分子束外延(MBE)法:這種方法屬於超高真空技術,通過將元素原子束或分子束打到襯底上來生長晶體。

5. 液相外延生長(LPE)法:通過液相的碳化矽溶液,在高溫高壓的環境中,使襯底進行完美的外延生長。

目前,成本、效率和性能的問題是碳化矽材料制備中需要克服的主要難題。然而,隨著科研技術的不斷進步,這些問題有望得到解決,碳化矽材料在功率電子、射頻、光電和其他領域的應用都有很大的發展空間。