Les substrats en carbure de silicium se divisent en deux catégories : semi-isolants et conducteurs. Actuellement, la norme pour les substrats semi-isolants est de 4 pouces, tandis que pour les substrats conducteurs, la norme la plus courante est de 6 pouces.
Du fait de leurs applications en aval dans le domaine des radiofréquences, les substrats et matériaux épitaxiaux en SiC semi-isolés sont soumis au contrôle des exportations du Département du Commerce des États-Unis. Le SiC semi-isolé, utilisé comme substrat, est le matériau de choix pour l'hétéroépitaxie du GaN et présente d'importantes perspectives d'application dans le domaine des micro-ondes. Comparé au désaccord cristallin de 14 % entre le saphir et le silicium (16,9 %), celui entre le SiC et le GaN n'est que de 3,4 %. Grâce à son extrême conductivité thermique, le SiC confère aux LED à haut rendement énergétique et aux dispositifs micro-ondes haute fréquence et haute puissance à base de GaN des avantages considérables pour les radars, les équipements micro-ondes de forte puissance et les systèmes de communication 5G.
La recherche et le développement de substrats SiC semi-isolés ont toujours été au cœur des travaux sur les substrats monocristallins SiC. La croissance de matériaux SiC semi-isolés présente deux difficultés majeures :
1) Réduire les impuretés donneuses d'azote introduites par le creuset en graphite, l'adsorption d'isolation thermique et le dopage dans la poudre ;
2) Tout en assurant la qualité et les propriétés électriques du cristal, un centre de niveau profond est introduit pour compenser les impuretés de niveau superficiel résiduelles par une activité électrique.
À l'heure actuelle, les fabricants disposant d'une capacité de production de SiC semi-isolé sont principalement SICC Co, Semisic Crystal Co, Tanke Blue Co, Hebei Synlight Crystal Co., Ltd.
Le cristal conducteur de SiC est obtenu par injection d'azote dans l'atmosphère de croissance. Le substrat conducteur en carbure de silicium est principalement utilisé dans la fabrication de dispositifs de puissance. Ces dispositifs, grâce à leurs performances exceptionnelles en haute tension, courant élevé, haute température, haute fréquence et faibles pertes, amélioreront considérablement le rendement de conversion énergétique des dispositifs à base de silicium existants et auront un impact significatif et durable sur le domaine de la conversion d'énergie efficace. Leurs principaux domaines d'application sont les véhicules électriques et leurs bornes de recharge, le photovoltaïque, le transport ferroviaire et les réseaux intelligents. Du fait que les produits conducteurs sont principalement destinés aux dispositifs de puissance pour véhicules électriques, photovoltaïque et autres secteurs, leurs perspectives d'application sont vastes et le nombre de fabricants est important.
Type de cristal du carbure de silicium : La structure typique du carbure de silicium cristallin 4H de haute qualité se divise en deux catégories : le carbure de silicium cubique de type sphalérite, connu sous le nom de 3C-SiC ou β-SiC, et le carbure de silicium hexagonal ou diamant à grande période, caractéristique des variétés 6H-SiC, 4H-SiC, 15R-SiC, etc., désignées collectivement sous le nom d’α-SiC. Le 3C-SiC présente l’avantage d’une résistivité élevée, un atout pour la fabrication de dispositifs. Cependant, la forte différence de paramètres de maille et de coefficients de dilatation thermique entre le silicium et le carbure de silicium peut engendrer de nombreux défauts dans la couche épitaxiale de 3C-SiC. Le 4H-SiC présente un grand potentiel dans la fabrication de MOSFET, car ses processus de croissance cristalline et de croissance de couche épitaxiale sont plus excellents, et en termes de mobilité électronique, le 4H-SiC est supérieur au 3C-SiC et au 6H-SiC, offrant de meilleures caractéristiques micro-ondes pour les MOSFET en 4H-SiC.
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Date de publication : 16 juillet 2024