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半导体论文资料.doc


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第三代新型半导体材料—— SiC 第1页深圳大学考试答题纸(以论文、报告等形式考核专用) 二○~二○学年度第学期课程编号 1601810001 课程名称半导体材料主讲教师翟剑庞评分学号 2012160228 姓名温 志煌(137237234 43) 专业年级微电子学 12级教师评语: 题目: 第三代新型半导体材料—— SiC 摘要:随着第一代半导体材料硅的问世,半导体材料发展迅速。紧接着,第二代半导体半导体材料 GaAs 随之出现,直至今天,以 GaN 为代表的第三代半导体材料。但是这些这半导体的耐高温、抗辐射以及频率都不能达到元器件的要求,这时一种新型半导体材料—— SiC 的出现改变了这一局面。作为一种新型的半导体材料,SiC 以其优良的物理化学特性和电特性成为制造短波长电子器件、高温器件、抗辐照器件和大功率/高频电子器件最重要的半导体材料。本文主要主要分为碳化硅的历史发展,碳化硅的结构、性质,碳化硅的单晶和薄膜制备以及碳化硅的应用。关键词: SiC 单晶制备外延生长气相外延( CVD ) 分子束外延生长 SiC 元器件一、碳化硅( SiC )的历史发展 SiC 是由美国人艾奇逊在 1891 年电熔金刚石实验时,在实验室偶然发现的一种碳化物,当时误认为是金刚石的混合体,故取名金刚砂, 1893 年艾奇逊研究出来了工业冶炼碳化硅的方法,也就是大家常说的艾奇逊炉,一直沿用至今,以碳质材料为炉芯体的电阻炉,通电加热石英 SIO2 和碳的混合物生成碳化硅。 1907 年第一只碳化硅发光二极管诞生, 1907 年,英国工程师 Henry Joseph Roun d 在尝试用碳化硅矿石制作无线电接收器时(就是我们所知的矿石收音机),意外地发现第三代新型半导体材料—— SiC 第2页导线与矿石的触点处会产生微弱的绿,红或者蓝光,从此发光二极管就此问世了]1[。 1955 年, 在理论和技术上发生了重大突破, LELY 提出生长高品质碳化概念,从此将 SIC 作为重要的电子材料。 1958 年在波士顿召开第一次世界碳化硅会议进行学术交流,从此 SiC 在半导体方面上作用更受到关注。1978 年六、七十年代碳化硅主要由前苏联进行研究。从20世纪 90年代起, 美国国防部(DOD , department 0f defense) 就开始支持 SiC 功率器件研究, SiC 功率器件样品相继问世。 1987 年以 SiC 材料和器件为研究方向 Cm e 公司由美国国防部资助成立为海军和空军装备作预先研究,从此 SiC 材料和电子器件进入飞速发展的新阶段。 SiC 器件的发展是伴随着 SiC 单晶衬底材料的发展而进行的。近年来, SiC 材料微孔问题已基本解决,单晶材料的尺寸不断增大,主流产品已经从两英寸过渡到三英寸和四英寸片。2010 年8月 Cree 公司展示了其新成果,150 mm (6英寸) 的 SiC 衬底片,每平方厘米微孔密度小于 10个]2[。二、碳化硅的结构与性质 的晶体结构与异型体 SiC 是第Ⅳ族元素的唯一组合的固态化合物,SiC 由C原子和 Si原子按 1:1 的比例组成,组成 SiC 的基本单元是碳硅四面体,即C(Si) 原子占据四面体的中心,Si (C) 原子位于四面体的四个顶点(如图 1)。其中,C-Si 键的长度为 , Si-Si 键(C-C 键) A。C-S i键通过sp3杂化形成, 并有一定程度的极化。, , 离子性对键合的贡献为12%, 因此C-S i键有很强的离子共价性,相当稳定]3[。SiC 是一种典型的多型结构化合物,迄今为止已发现 160 余种多型体〔 1~4〕. 它的最显著特征为所有的多型体均由相同的 Si-C 双层堆垛而成如图 2所示,结构之间的差别仅在于沿 c轴方向的一维堆垛顺序不同以及 c轴的长短不同,这种现象称之为多型性]4[。在繁多的 SiC 多型体中,基本可分为两大类:α-SiC 和β- SiC. β-SiC 是唯一的一个具有立方结构的多型体,原胞为闪锌矿结构,密排面为{111} 面,密排方向为〈 110 〉方向;其它所有图1. 碳化硅的分子结构第三代新型半导体材料—— SiC 第3页结构类型统称为α-SiC, 原胞通常采用六角点阵来描述,c轴可为六次或三次对称轴, 晶格常数为 a=b=, c=n× (其中 n为单胞内的堆垛层数), 密排面为{0001} 面, 密排方向为〈 112-0 〉方向. -Si C中的6H, 4H, 15R, 21R为最常见类型,-Si C 多型体是以上述常见多型体结构为基本结构形成的,其中绝

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  • 时间2017-04-30