主要用于制造避雷器閥片孔壓敏電阻器。 2100433B
碳化硅半導體材料、ilic}n carbide semiconductors 5iC 屬W族化合物半導體。為共價鍵晶體,有閃鋅礦型和鉛鋅礦 型兩種結晶形式。密度.i . 2} I}m“二熔點283U}"-,本征電阻率 [L一0.7)i}wm},禁帶寬度2.99一42.br}'。電子遷移率 3(10---9(1D}m'-I( V w ),介電常數(shù)9.72一10.32。采用艾奇遜 [Acheso耐法合成。硅過量時為n型半導體,碳過量時為p }1 半導體。
常用的半導體材料分為元素半導體和化合物半導體。元素半導體是由單一元素制成的半導體材料。主要有硅、鍺、硒等,以硅、鍺應用最廣?;衔锇雽w分為二元系、三元系、多元系和有機化合物半導體。二元系化合物半導體...
半導體材料的特性:半導體材料是室溫下導電性介于導電材料和絕緣材料之間的一類功能材料。靠電子和空穴兩種載流子實現(xiàn)導電,室溫時電阻率一般在10-5~107歐·米之間。通常電阻率隨溫度升高而增大;若摻入活性...
半導體材料就是所謂的單晶硅。單晶硅就是晶體類型唯一的硅晶體。我們平時遇到的物體比如鐵塊,看上去方方正正的,但是微觀上它是多種晶體類型混在一起的。生活中的晶體一般都是多晶型的。而制作半導體器件用的硅應為...
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半導體材料7半導體照明工程材料
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第 30 卷第 3 期 硅 酸 鹽 學 報 Vol. 30 , No. 3 2 0 0 2 年 6 月 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY J une , 2 00 2 綜合評述 寬帶隙半導體材料 SiC研究進展及其應用 王玉霞,何海平,湯洪高 (中國科學技術大學材料科學與工程系 , 合肥 230026 ) 摘 要 :SiC 是第 3代寬帶隙半導體的核心材料之一 , 具有極為優(yōu)良的物理化學性能 , 應用前景十分廣闊 . 本文綜合介紹 SiC的基本特性 , 材 料的生長技術 (包括體單晶生長和薄膜外延生長技術 ) , SiC基器件的研發(fā)現(xiàn)狀 , 應用領域及發(fā)展前景 . 同時還介紹了作者用脈沖激光淀積法 在 Si襯底上制備出單晶 4H - SiC薄膜的研究結果 . 關鍵詞 : 碳化硅 ; 體單晶生長 ; 薄膜 ; 器件 中圖分類號 : TN
《國外電子與通信教材系列:碳化硅半導體材料與器件》是一本系統(tǒng)介紹碳化硅半導體材料及器件的專著,主要論述了SiC材料與器件中的相關基礎理論,內(nèi)容包括:SiC材料特性、SiC同質(zhì)外延和異質(zhì)外延、SiC歐姆接觸、肖特基勢壘二極管、大功率PiN整流器、SiC微波二極管、SiC晶閘管、SiC靜態(tài)感應晶體管、SiC襯底材料生長、SiC深能級缺陷、SiC結型場效應晶體管,以及SiCBJT等。書中涉及SiC材料制備、外延生長、測試表征、器件結構與工作原理、器件設計與仿真、器件關鍵工藝、器件研制與性能測試,以及器件應用等多個方面。在論述這些基礎理論的同時,重點總結了近年來SiC材料與器件的主要研究成果,以及今后的發(fā)展趨勢。
第1章碳化硅材料特性1
1.1SiC材料基本特性1
1.2SiC材料的多型體2
1.3SiC能帶結構和有效質(zhì)量2
1.4SiC材料的熱特性5
1.5摻雜和自由載流子電荷7
1.5.1淺施主和電子9
1.5.2淺受主和空穴13
1.6SiC材料摻雜物擴散14
1.7SiC雜質(zhì)的導電性15
1.8SiC材料少數(shù)載流子壽命18
1.9SiC/SiO2界面特性20
參考文獻24
第2章碳化硅同質(zhì)及異質(zhì)外延32
2.1SiC外延生長技術32
2.2SiC同質(zhì)外延生長32
2.2.1蒸發(fā)生長技術33
2.2.2分子束外延34
2.2.3液相外延35
2.2.4CVD生長技術35
2.2.5外延層缺陷38
2.3SiC異質(zhì)外延生長44
2.4總結48
參考文獻48
第3章碳化硅歐姆接觸57
3.1金屬-半導體接觸58
3.2比接觸電阻60
3.3n型SiC歐姆接觸62
3.3.1Ti和Ta基歐姆接觸64
3.3.2Ni基歐姆接觸65
3.3.3硅化物接觸的界面形貌68
3.3.4鍵合技術69
3.4p型SiC歐姆接觸70
3.4.1Al/Ti接觸71
3.4.2Al/Ti接觸的替代物73
3.5SiC歐姆接觸的熱穩(wěn)定性75
3.6SiC歐姆接觸發(fā)展新趨勢77
3.7總結78
參考文獻80
第4章碳化硅肖特基二極管86
4.1碳化硅肖特基接觸86
4.1.1碳化硅肖特基接觸理論86
4.1.2不同金屬與SiC接觸的勢壘高度88
4.2高壓SiC SBD,JBS和MPS二極管95
4.2.1SiC SBD新技術96
4.2.2SiC SBD終端技術97
4.2.3SiC SBD反向漏電流98
4.2.4SiC SBD正向壓降102
4.3肖特基二極管在功率電路中的應用104
4.3.1功率二極管的重要性與硅極限104
4.3.2功率電路中半導體器件的損耗105
4.3.3商業(yè)化SiC和Si二極管靜態(tài)性能比較106
4.3.4商業(yè)化SiC和Si二極管動態(tài)特性比較107
4.4SiC SBD的其他應用110
4.4.1SiC SBD氣敏傳感器110
4.4.2SiC SBD微波應用111
4.4.3SiC SBD紫外探測器111
4.5SiC SBD未來發(fā)展的挑戰(zhàn)113
4.5.1總結113
4.5.2SiC SBD發(fā)展趨勢和挑戰(zhàn)114
參考文獻115
第5章碳化硅功率PiN二極管126
5.1PiN二極管的設計及工作原理127
5.1.1高擊穿電壓外延層設計127
5.1.2SiC PiN二極管終端設計128
5.1.3載流子壽命與二極管開態(tài)壓降128
5.1.4 SiC PiN二極管載流子壽命測試130
5.1.5超高電流密度PiN二極管132
5.2PiN二極管實驗134
5.2.1PiN二極管特性測量134
5.2.2PiN二極管的制造過程134
5.2.35kV PiN二極管135
5.2.49.0mm2,10kV 4HSiC PiN二極管139
5.3 SiC二極管成品率和可靠性141
5.3.1 SiC二極管成品率限制因素141
5.3.2 SiC PiN二極管正向電壓的退化141
5.4總結146
參考文獻146
第6章碳化硅微波應用149
6.1SiC二極管微波應用149
6.2SiC點接觸探測器150
6.3SiC變?nèi)荻O管151
6.4SiC肖特基混頻二極管153
6.5SiC PiN微波二極管157
6.6SiC IMPATT二極管160
6.7總結167
參考文獻168
第7章碳化硅晶閘管172
7.1引言172
7.2晶閘管的導通過程172
7.2.1低壓晶閘管的導通過程172
7.2.2高壓晶閘管的導通過程175
7.2.3晶閘管的光觸發(fā)導通182
7.3穩(wěn)態(tài)電流-電壓特性183
7.3.1低壓晶閘管穩(wěn)態(tài)電流-電壓特性183
7.3.2高壓晶閘管穩(wěn)態(tài)電流-電壓特性185
7.3.3SiC電子-空穴散射(EHS)189
7.4關斷特性191
7.4.1傳統(tǒng)的晶閘管關斷模式191
7.4.2場效應管(FET)控制GTO關斷模式194
7.5頻率特性198
7.6臨界電荷200
7.6.1低壓晶閘管的臨界電荷201
7.6.2高壓晶閘管中的臨界電荷202
7.6.34HSiC基晶閘管的臨界電荷205
7.7結論208
參考文獻209
第8章碳化硅靜電感應晶體管215
8.1靜電感應晶體管發(fā)展歷史215
8.2靜電感應晶體管結構216
8.2.1SIT器件結構布局圖217
8.2.2SiC SIT器件特性優(yōu)化219
8.2.3肖特基和離子注入SiC SIT220
8.2.4靜電感應晶體管柵結構221
8.2.5垂直型FET結構222
8.2.6常開型和常關型SIT設計223
8.3靜電感應晶體管IV特性223
8.3.1類五極管模式223
8.3.2類三極管模式224
8.3.3復合模式227
8.3.4雙極模式229
8.4靜電感應晶體管的應用230
8.4.1SiC靜電感應晶體管高RF脈沖功率放大230
8.4.2SiC SIT高射頻連續(xù)波功率放大231
8.4.3SiC SIT功率轉(zhuǎn)換232
8.5總結234
參考文獻234
第9章SiC襯底生長240
9.1引言240
9.2SiC體材料生長240
9.2.1物理氣相傳輸240
9.2.2升華外延241
9.2.3液相外延242
9.2.4高溫化學氣相淀積242
9.3晶向243
9.4晶體直徑的增長243
9.5襯底缺陷244
9.5.1晶型穩(wěn)定性244
9.5.2微管245
9.5.3小角晶界248
9.5.4位錯250
9.6SiC摻雜251
9.7用于微波器件的SiC襯底252
9.7.1淺能級252
9.7.2深能級253
9.7.3HPSI材料現(xiàn)狀254
9.8切片與拋光254
9.8.1切片255
9.8.2拋光255
9.9襯底成本256
9.10結論257
參考文獻257
第10章碳化硅中的深能級缺陷260
10.1引言260
10.2SiC中深能級的參數(shù)260
10.2.1SiC中的主要摻雜260
10.2.2SiC中其他類型的雜質(zhì)能級263
10.2.3碳化硅中的本征缺陷267
10.2.4SiC的輻照摻雜270
10.3雜質(zhì)對碳化硅外延層生長的影響273
10.3.1碳化硅異質(zhì)外延273
10.3.2SiC競位外延274
10.4碳化硅中的深能級及其復合過程275
10.4.16H和4HSiC pn結結構中的深能級及輻照復合275
10.4.2深能級對6HSiC pn結結構中少子擴散長度和少子壽命的影響277
10.4.3SiC pn結結構中的深能級以及擊穿電壓的負溫度系數(shù)278
10.5結論280
參考文獻282
第11章SiC結型場效應晶體管295
11.1引言295
11.1.1歷史回顧295
11.1.2SiC JFET的半導體物理基礎296
11.1.3正向?qū)ㄟ€是正向截止299
11.2橫向SiCJEFT300
11.3垂直JFET(VJFET)301
11.3.1完全的VJFET301
11.3.2具有橫向溝道的VJFET303
11.3.3限流器306
11.4基于SiC VJFET的功率開關307
11.4.1共源共柵方法307
11.4.2單模VJFET308
11.4.3SiC VJFET的應用309
11.4.4高溫工作309
參考文獻311
第12章SiC BJT313
12.1引言313
12.2品質(zhì)因數(shù)314
12.3雙極型功率晶體管315
12.3.1雙極型晶體管(BJT)316
12.3.2達林頓管326
12.4商業(yè)化面臨的挑戰(zhàn)329
參考文獻329
半導體材料特性參數(shù)
半導體材料雖然種類繁多但有一些固有的特性,稱為半導體材料的 特性參數(shù)。這些特性參數(shù)不僅能反映半導體材料與其他非半導體材料之間的差別,而且更重要的是能反映各種半導體材料之間甚至同一種材料在不同情況下特性上的量的差別。常用的半導體材料的特性參數(shù)有:禁帶寬度、電阻率、載流子遷移率(載流子即半導體中參加導電的電子和空穴)、非平衡載流子壽命、位錯密度。禁帶寬度由半導體的電子態(tài)、原子組態(tài)決定,反映組成這種材料的原子中價電子從束縛狀態(tài)激發(fā)到自由狀態(tài)所需的能量。電阻率、載流子遷移率反映材料的導電能力。非平衡載流子壽命反映半導體材料在外界作用(如光或電場)下內(nèi)部的載流子由非平衡狀態(tài)向平衡狀態(tài)過渡的弛豫特性。位錯是晶體中最常見的一類晶體缺陷。位錯密度可以用來衡量半導體單晶材料晶格完整性的程度。當然,對于非晶態(tài)半導體是沒有這一反映晶格完整性的特性參數(shù)的。