ويجري حاليا تطوير الأجهزة الإلكترونية وأشباه الموصلات التي تعتمد على أشباه الموصلات المصنوعة من كربيد السيليكون (sic) لاستخدامها في ظروف درجات الحرارة العالية ، والطاقة العالية ، والإشعاعات العالية التي تعمل تحتها أشباه الموصلات التقليدية لا يمكن أن تؤدي بشكل كاف. قدرة كربيد السيليكون على العمل في ظل هذه الظروف القاسية من المتوقع أن يسمح بإدخال تحسينات كبيرة على مجموعة متنوعة من التطبيقات والأنظمة. هذه مجموعة من التحول عالية الجهد تحسن كبير لتوفير الطاقة في الطاقة الكهربائية العامة التوزيع والمحرك الكهربائي إلى إلكترونيات الميكروويف أكثر قوة للرادار والاتصالات إلى أجهزة الاستشعار والضوابط للحرق أنظف أكثر الطائرات النفاثة في استهلاك الوقود والسيارات محركات. في منطقة معينة من أجهزة السلطة ، وقد أشارت التقييمات النظرية أن كذا ستعمل مقومات السلطة mosfet و الصمام الثنائي على مدى أعلى من الجهد ودرجات الحرارة ، لديها خصائص تحويل متفوقة ، وحتى الآن قد تموت أحجام ما يقرب من 20 مرة أصغر من في المقابل أجهزة مبنية على السيليكون. ومع ذلك ، فإن هذه المزايا النظرية الهائلة لم يتم بعد على نطاق واسع تتحقق في أجهزة sic المتاحة تجاريا ، في المقام الأول يرجع ذلك إلى حقيقة أن sic غير ناضجة نسبيا لم يتم بعد تطوير تقنيات تصنيع وتكنولوجيات البلورة بدرجة كافية إلى الدرجة المطلوبة من أجل الدمج الموثوق في معظم الأنظمة الإلكترونية. هذا الفصل يستعرض لفترة وجيزة تكنولوجيا الالكترونيات أشباه الموصلات. على وجه الخصوص ، فإن الاختلافات (سواء كانت جيدة أو سيئة) بين تكنولوجيا الإلكترونيات sic وتقنية vlsi السيليكون المعروفة هي أبرز. يتم تسليط الضوء على فوائد الأداء المتوقعة للإلكترونيات sic للعديد من نطاق واسع التطبيقات. القضايا الرئيسية في تصنيع و تصنيع البلورات التي تحد من الأداء و يتم تحديد القدرة على الالكترونيات sic عالية الحرارة وعالية الطاقة.
تتحول مواد كربيد السيليكون (sic) حاليًا من البحث والتطوير إلى منتج تصنيع مدفوع بالسوق. وتستخدم ركائز sic حاليا كقاعدة لجزء كبير من الإنتاج العالمي من الثنائيات الباعثة للضوء الأخضر والأزرق والأشعة فوق البنفسجية (المصابيح). تتضمن الأسواق الناشئة من أجل homoepitaxy أجهزة تحويل الطاقة العالية وأجهزة الميكروويف من أجل s و x. تطبيقات للهياكل القائمة على gter heteroepitaxial على ركائز sic تشمل المصابيح وأجهزة الميكروويف. هذه النتائج المثيرة للجهاز تنبع في المقام الأول من استغلال الخصائص الكهربائية والفيديائية الحرارية الفريدة التي تقدمها sic بالمقارنة مع si و gaas. بين هذه هي: فجوة نطاق كبيرة لعملية درجة حرارة عالية ومقاومة الإشعاع ؛ حقل انهيار حرجة عالية للإخراج عالية الطاقة ؛ ارتفاع سرعة الإلكترون المشبع للتشغيل عالي التردد ؛ الموصلية الحرارية أعلى بكثير للإدارة الحرارية للأجهزة عالية الطاقة.
كربيد السيليكون يحدث في العديد من الهياكل البلورية المختلفة ، ودعا polytypes. على الرغم من حقيقة أن جميع أنواع polytypes sic تتكون كيميائيا من ذرات الكربون بنسبة 50 ٪ مرتبطة بشكل تساهمي مع ذرات السيليكون 50 ٪ ، كل polytype sic لديها مجموعة متميزة من خصائص أشباه الموصلات الكهربائية الخاصة بها. في حين أن هناك أكثر من 100 نوع من polytypes معروفة ، إلا أن عددًا قليلاً منها يزرع بشكل قابل للاستنساخ مقبول للاستخدام كأشباه الموصلات الإلكترونية. أكثر أنواع polytypes شيوعًا التي يتم تطويرها حاليًا للإلكترونيات هي 3c-sic و 4 h-sic و 6 h-sic. يظهر التركيب البلوري الذري لنوعين من polytypes الأكثر شيوعًا في المقطع العرضي التخطيطي في الشكل. كما تمت مناقشته بشكل أكثر دقة في المراجع 9 و 10 ، فإن أنواع polytypes المختلفة من sic تتكون فعليًا من تسلسلات تراص مختلفة لـ biayers si – c (وتسمى أيضًا si – c طبقات مزدوجة) ، حيث يتم الإشارة إلى كل طبقة ثنائية si – c بواسطة المنقطة مربعات في الشكل. كل ذرة داخل طبقة ثنائية لها ثلاثة روابط تساهمية كيميائية مع ذرات أخرى في نفس الطبقة الثنائية (الخاصة بها) ، ورابطة واحدة فقط إلى ذرة في طبقة ثنائية مجاورة. يوضح الشكل 5.1a طبقة ثنائية من تسلسل تكديس polytype المكون من 4h-sic ، والذي يتطلب أربعة طبقات ثنائية si – c لتحديد مسافة تكرار خلية الوحدة على طول اتجاه التكديس c-axis (المشار إليها بمؤشرات mmill). وبالمثل ، فإن polytype 6h-sic يكرر تسلسل التراص الخاص به كل ستة طبقات في جميع أنحاء البلورة على طول اتجاه التراص. وغالبا ما يشار بالاتجاه الموصوف في الشكل بأنه واحد من (مع) اتجاهات المحور. sic هو أشباه موصلات قطبية عبر المحور c ، في هذا السطح الواحد العادي إلى c-axis منتهي مع ذرات السليكون بينما يتم إنهاء سطح c-axis الطبيعي المعاكس بذرّات كربون. كما هو موضح ، يشار إلى هذه الأسطح عادة باسم "سطح السيليكون" و "سطح الكربون" السطوح ، على التوالي. الذرات على طول الحافة اليسرى أو اليمنى من الشكل ستقيم على سطح بلوري "سطح وجهي" طبيعي في الاتجاه. 3c-sic ، يُشار إليه أيضًا بـ β-sic ، هو الشكل الوحيد لـ sic مع بنية شبكية كريستالية مكعب. وأحيانًا ما يشار إلى أنواع polytypes غير الكونية من sic بشكل غامض باسم α-sic. 4h-sic و 6 h-sic هما فقط اثنان من العديد من أنواع polytypes sic الممكنة مع بنية بلورية سداسية. وبالمثل ، 15r-sic هو الأكثر شيوعًا من العديد من أنواع polytypes الممكنة مع بنية بلورية ذات سداسي....
بسبب اختلاف ترتيب ذرات si و c ضمن الشبكة البلورية sic ، كل polytype sic معارض الخصائص الكهربائية والبصرية الأساسية الفريدة. بعض أشباه الموصلات الأكثر أهمية وترد في الجدول 5-1 الخصائص الكهربائية لنماذج polytypes 3c و 4 h و 6 h. أكثر بكثير يمكن العثور على الخصائص الكهربائية المفصلة في المراجع 11-13 والمراجع الواردة فيها. حتى داخل نظرا لخصائص polytype ، فإن بعض الخصائص الكهربائية الهامة تكون غير متجانسة ، حيث أنها وظائف قوية الاتجاه البلوري للتدفق الحالي والمجال الكهربائي التطبيقي (على سبيل المثال ، حركة الإلكترون ل 6 h-sic). يمكن أن تدمج الشوائب الناتجة عن الشذوذ في sic في مواقع غير متكافئة بقوة. في حين كل شيء يجب أن تكون طاقات التأين المشبعة المرتبطة بمختلف مواقع دمج المواد الشاذة نظرًا لدقة فائقة ، يدرج الجدول 5.1 قائمة بأكثر طاقات التأين المقدرة فقط نجاسة.
كربيد السيليكون يحدث في العديد من الهياكل البلورية المختلفة ، ودعا polytypes. أكثر شمولا يمكن العثور على مقدمة لعلم البلوريات و polytypism في المرجع 9. على الرغم من حقيقة أن تتكون جميع أشكال polytypes الكيميائية كيميائيا من ذرات كربون بنسبة 50٪ مرتبطة بشكل تساهمي مع ذرات silicon 50٪ ، كل polytype sic لديها مجموعة متميزة من خصائص أشباه الموصلات الكهربائية الخاصة بها. في حين أن هناك أكثر من ذلك هناك 100 نوع من polytypes معروفة لـ sic ، ولا يزرع سوى عدد قليل منها بشكل قابل للاستنساخ مقبول للاستخدام كأشباه الموصلات الإلكترونية. الأكثر شيوعا polytypes من sic حاليا وضعت ل الإلكترونيات هي 3c-sic و 4 h-sic و 6 h-sic. هيكل البلورة الذرية الأكثر شيوعًا يتم إظهار polytypes في المقطع العرضي التخطيطي في الشكل 5.1. كما ناقش أكثر بكثير في المراجع 9 و 10 ، تتكون أشكال polytypes المختلفة من sIC فعليًا من تسلسلات تكديس مختلفة من si – c bilayers (تسمى أيضًا si – c double layers) ، حيث يتم ترميز كل طبقة ثنائية si – c بواسطة المنقط مربعات في الشكل 5.1. كل ذرة داخل طبقة ثنائية لها ثلاثة روابط تساهمية كيميائية مع ذرات أخرى نفس الطبقة الثنائية (الخاصة بها) ، ورابطة واحدة فقط لذرة في طبقة ثنائية مجاورة. يوضح الشكل 5.1a ثنائية الطبقة من تسلسل تكديس polytype 4h-sic ، والذي يتطلب أربعة طبقات ثنائية si – c لتحديد الوحدة المسافة تكرار الخلية على طول الاتجاه التراص c- محور (تشير مؤشرات bymiller). وبالمثل، يكرر polytype 6h-sic الموضح في الشكل 5.1b تسلسل التراص كل ستة طبقات في جميع أنحاء البلورة على طول اتجاه التراص. ال عادة ما يشار إلى الاتجاه المبين في الشكل 5.1 على أنه واحد من (مع ) اتجاهات المحور. sic هو أشباه موصلات قطبية عبر محور c ، في ذلك السطح الواحد يتم إنهاء الطبيعي لمحور c مع ذرات السيليكون في حين أن سطح c-axis العادي المعاكس يتم إنهاؤها مع ذرات الكربون. كما هو موضح في الشكل 5.1 أ ، عادة ما يشار إلى هذه الأسطح باسم \"سطح السيليكون\" و \"سطح الكربون\" السطوح ، على التوالي. ذرات على طول حافة اليسار أو اليمين من الشكل 5.1 أ سيقيم على سطح بلوري \"وجهي\" الطائرة العادية في الاتجاه. 3C-كذا، يُشار إليه أيضًا بـ β-sic ، وهو الشكل الوحيد لـ sic مع بنية شبكية كريستالية مكعبية. polytypes noncubic من يتم أحيانا الإشارة إلى الغموض كأنه α-sic. 4h-sic و 6 h-sic هما اثنان فقط من العديد. الشكل 5.1 تصوير مستعرض التخطيطي للهيكل البلوري الذري (a) 4h-sic و (b) 6h-sic اتجاهات وأسطح بلورية مهمة. ممكن polytypes sic مع بنية بلورية سداسية. وبالمثل ، 15r-sic هو الأكثر شيوعا العديد من أنواع polytypes sic المحتملة مع بنية بلورية rhombohedral....
بسبب اختلاف ترتيب ذرات si و c ضمن الشبكة البلورية sic ، كل polytype sic معارض الخصائص الكهربائية والبصرية الأساسية الفريدة. بعض أشباه الموصلات الأكثر أهمية وترد في الجدول 5-1 الخصائص الكهربائية لنماذج polytypes 3c و 4 h و 6 h. أكثر بكثير يمكن العثور على الخصائص الكهربائية المفصلة في المراجع 11-13 والمراجع الواردة فيها. حتى داخل نظرا لخصائص polytype ، فإن بعض الخصائص الكهربائية الهامة تكون غير متجانسة ، حيث أنها وظائف قوية الاتجاه البلوري للتدفق الحالي والمجال الكهربائي التطبيقي (على سبيل المثال ، حركة الإلكترون ل 6 h-sic). يمكن أن تدمج الشوائب الناتجة عن الشذوذ في sic في مواقع غير متكافئة بقوة. في حين كل شيء يجب أن تكون طاقات التأين المشبعة المرتبطة بمختلف مواقع دمج المواد الشاذة نظرًا لدقة فائقة ، يدرج الجدول 5.1 قائمة بأكثر طاقات التأين المقدرة فقط نجاسة. table 5.1comparison لخصائص إلكترونية مختارة لأشباه الموصلات المختارة من polytypes الرئيسية sic مع السيليكون ، gaas ، و 2 h-gan عند 300 كيلو للمقارنة ، يشتمل الجدول 5.1 أيضًا على خصائص مماثلة للسليكون و gaas و gan. لان السيليكون هو أشباه الموصلات المستخدمة في معظم الالكترونيات التجارية الصلبة ، وهذا هو المعيار ضد أي مواد أشباه الموصلات يجب تقييمها. بدرجات متفاوتة polytypes يحمل مزايا وعيوب في خصائص المواد الأساسية مقارنة بالسيليكون. ال معظم تفوق المواد المتأصلة في مادة السيليكون على السيليكون المدرجة في الجدول 5.1 هي استثنائية مجال كهربائي عالي التفتيت ، طاقة ذات فجوة عريضة واسعة ، موصلية حرارية عالية ، وتشبع عالي للحاملة ● السرعة. تتم مناقشة فوائد أداء الأجهزة الكهربائية التي يتم تمكين كل من هذه الخصائص في القسم التالي ، وكذلك الفوائد على مستوى النظام التي تم تمكينها بواسطة أجهزة sic محسّنة.
اثنين من المزايا الأكثر فائدة التي توفرها الإلكترونيات المستندة إلى sic في المناطق ذات درجات الحرارة العالية وتشغيل الجهاز عالي الطاقة. فيزياء جهاز sic المحددة التي تمكن درجات الحرارة العالية و سيتم فحص قدرات الطاقة العالية أولاً ، تليها عدة أمثلة على مستوى النظام الثوري تحسينات الأداء هذه القدرات المحسنة تمكن.
الطاقة ذات فجوة الحزمة الواسعة وتركيز الحامل الجوهري المنخفض من sic يسمح sic بالحفاظ سلوك أشباه الموصلات في درجات حرارة أعلى بكثير من السيليكون ، وهذا بدوره يسمح لأشباه الموصلات وظيفة الجهاز في درجات حرارة أعلى بكثير من السيليكون. كما ناقش في الأساسية الكتب الفيزياء جهاز أشباه الموصلات الإلكترونية ، وظيفة الأجهزة الإلكترونية أشباه الموصلات في نطاق درجة الحرارة حيث لا يمكن إهمال الناقلات الداخلية بحيث يتم التحكم في الموصلية من قبل قدمت شوائب شوائب عمدا. علاوة على ذلك ، تركيز الناقل الجوهري هو prefactor الأساسية إلى المعادلات المعروفة المعروفة التي تحكم التسرب عكس الاتجاه الانحياز غير المرغوب فيها التيارات. مع زيادة درجة الحرارة ، تزيد ناقلات الجوهرية بشكل كبير حتى يتسنى للتسرب غير المرغوب فيه التيارات تنمو بشكل غير مقبول كبير ، وفي نهاية المطاف في درجات حرارة أعلى من ذلك ، أشباه الموصلات يتم التغلب على تشغيل الجهاز عن طريق التوصيل غير المتحكم فيه ، حيث تتجاوز الموجهات الحاملة الداخلية منشطات الجهاز. اعتمادا على تصميم جهاز معين ، وتركيز الناقل الجوهرية من السيليكون يحصر عادة عملية جهاز السيليكون لدرجات حرارة تقاطع العلامة \u0026 lt ؛ 300 درجة مئوية. أصغر بكثير يسمح تركيز الناقل الداخلي من الناحية النظرية بتشغيل الجهاز عند درجات حرارة الوصلة التي تتعدى 800 درجة مئوية. وقد تم تجريبيا 600 جهاز c عملية جهاز sic أظهر على مجموعة متنوعة من أجهزة sic. القدرة على وضع الالكترونيات شبه الموصل درجة حرارة عالية غير مبرمج مباشرة إلى الساخن ستتيح البيئات فوائد مهمة في مجال السيارات والفضاء وحفر الآبار العميقة الصناعات. في حالة محركات السيارات والفضاء وتحسين القياس الالكتروني والقياس السيطرة على مناطق المحرك ذات درجة الحرارة العالية ضرورية للتحكم بدقة أكبر في الاحتراق عملية لتحسين كفاءة الوقود مع تقليل الانبعاثات المسببة للتلوث. قدرة عالية الحرارة يزيل الأداء ، والموثوقية ، والعقوبات الوزن المرتبطة التبريد السائل ، والمراوح ، الحرارية التدريع ، ويمتد سلك أطول لتحقيق وظائف مماثلة في المحركات التي تستخدم التقليدية الالكترونيات السيليكون أشباه الموصلات....
معلومات الاتصال
luna@powerwaywafer.compowerwaymaterial@gmail.com 
+86-592-5601 404
