|
149
“Young Scientist”
.
# 7 (111)
.
April 2016
Technical Sciences
Карбид кремния — перспективный материал силовой электроники:
свойства и характеристики
Радьков Арсений Владимирович, аспирант
Брянский государственный технический университет
В данной статье описывается карбид кремния как перспективный материал силовой электроники. Пока-
заны его характеристики, свойства и преимущества по сравнению с другими материалами, которые исполь-
зуются в силовой электронике (Si и GaAs).
Ключевые слова:
карбид кремния, SiC, кремний, Si, арсенидгалия, GaAs, политип, силовая электроника,
свойства.
С
иловая электроника — это важная часть электроэ-
нергетики в целом. В связи со значительным разви-
тием электронной и микроэлектронной промышленности
потребность в новых материалах резко возрастает. Особое
значение имеет надежность изделий электронной техники
и их стойкость к различным воздействиям окружающей
среды.
Известно, что эффективность устройств электроники,
особенно работающих в экстремальных условиях (высокие
температуры, агрессивные среды, радиация), существенно
зависит от повышения быстродействия, энергосбережения
и надежности элементной базы, в том числе и от способ-
ности ее работы. Одним из материалов, на основе которого
можно выпускать электронные приборы, соответствующие
столь жестким требованиям, является карбид кремния (SiC).
В последнее десятилетие наметился существенный
прогресс, как в технологии полупроводникового карбида
кремния, так и технологии приборов на его основе. Про-
исходит быстрая модернизация технологии выращивания
монокристаллов, увеличение их размеров и улучшение
их параметров.
Карбид кремния обладает химической стабильностью,
высокой стойкостью к повышенным температурам и ра-
диационным излучением, возможностью легирования его
акцепторными и донорными примесями. Все это вызы-
вает интерес к карбиду кремния со стороны разработчиков
элементной базы электроники в ряде ведущих стран мира.
В [1] представлены страны, в которых выполняется ос-
новной объем работ, а так же компании, ведущие иссле-
дования и разработки в области материаловедения SiC
и приборов на его основе.
Наиболее успешной в развитии карбидокремниевой
индустрии считается компания Cree (США). Достижения
компании:
1. Силовая электроника — транзисторы Cree с на-
пряжением пробоя более 13кВ SiC силовые модули, спо-
собные коммутировать токи до 600А;
2. СВЧ-техника — полевые транзисторы на под-
ложках фирмы Cree, с максимальной частотой до 40 ГГц
и пробивным напряжением 120В;
3. Сенсоры — высокотемпературные (до 600 °С), ра-
диационностойкие;
4. Полупроводниковые преобразователи темпера-
туры, давления (до 1600кПа), потока вибрации, в том
числе и для экстремальных условий эксплуатации.
В России наибольшие успехи в технологии карбида
кремния и приборов на его основе в последние годы при-
надлежат ученым и инженерам ФТИ им. А. Ф. Иоффе
РАН и Санкт-Петербургского Государственного Электро-
технического университета «ЛЭТИ» (бывш. ЛЭТИ им.
В. И. Ульянова-Ленина).
Уникальные свойства SiC все шире используются
для производства полупроводниковых приборов для элек-
троники, микроэлектроники и оптоэлектроники.
Карбид кремния — это слоистый материал, свой-
ства которого зависят от порядка чередования нанораз-
мерных элементов (слоев). Фактически, SiC имеет сло-
истую структуру, построенную из элементарных слоев
трех типов A, B и C, которые отличаются друг от друга кри-
сталлической упаковкой в пределах одного слоя. Период
повторения их последовательности может варьироваться
от десятков ангстрем до десятка нанометров, что обеспе-
чивает формирование слоистых решеток, макроскопи-
ческие свойства которых зависят от взаимного располо-
жения таких слоев.
В результате при синтезе формируется ряд индивиду-
альных слоистых модификаций, которые называются по-
литипами и отличаются электрофизическими (ширина
запрещенной зоны, подвижность носителей заряда), оп-
тическими (коэффициенты поглощения, преломления)
и химическими (скорость окисления, диффузии примесей)
свойствами.
Политипы на основе плотноупакованного слоя могут
иметь кубическую (С), гексагональную (Н), ромбоэдриче-
скую (R), и тригональную (Т) решетки. Трехслойный по-
литип, например, с кубической решеткой обозначается
как 3С, а шестислойный гексагональный политип — 6Н.
На рис. 1 показано структурное упорядочение семейства
естественных сверхрешеток карбида кремния:
1. вид упаковок А, В, С в пределах слоя,
2. элементарные ячейки основных слоистых модифи-
каций.
Также на основе карбида кремния возможно форми-
рование объектов, которые представляют собой гетеро-
Do'stlaringiz bilan baham: |
