碳化硅晶片為什么存在C面和Si面

SiC是一種Si元素和C元素以1:1比例形成的二元化合物，即百分之五十的硅（Si）和百分之五十的碳（C），其基本結構單元為 Si-C 四面體。

舉個例子，Si原子直徑大，相當于蘋果，C原子直徑小，相當于橘子，把數(shù)量相等的橘子和蘋果堆在一起就成了SiC晶體。

SiC 是一種二元化合物，其中 Si-Si 鍵原子間距為3.89 ?，這個間距如何理解呢？目前市面上最牛逼的光刻機光刻精度3nm，就是30?的距離，光刻精度是原子距離的8倍。

Si-Si鍵能大小為 310 kJ/mol，可以理解鍵能是把這兩個原子拉開的力度，鍵能越大，需要拉開的力越大。

Si-C鍵原子間距為 1.89 ?， 鍵能大小為 447 kJ/mol。

從鍵能上可以看出相較于傳統(tǒng)的硅基半導體材料，碳化硅基半導體材料化學性質更加穩(wěn)定。

從圖中看出任意一個C原子都與最鄰近的四個Si原子相連，反之任意一個Si原子都與最鄰近的四個C原子相鍵連。

SiC 晶體結構還可以采用層狀結構方法描述，如圖所示，晶體中的若干C原子均占據(jù)在同一平面上的六方格位點中，形成一個C原子密排層，而Si原子也占據(jù)在同一平面上的六方格位點中并形成一個Si原子密排層。

C原子密排層中的每一個C都與最鄰近的Si相連接，反之Si原子密排層也相同。每兩個相鄰的 C、Si原子密排層構成一個碳硅雙原子層。

SiC晶體的排列組合形式十分豐富，目前已發(fā)現(xiàn)的SiC晶型達 200 多個。

這個類似俄羅斯方塊，雖然最小單元方塊都一樣，但方塊組合在一起后，就拼成出了不同形態(tài)。

SiC的空間結構比俄羅斯方塊稍微復雜點，它的最小單元從小方格變成小四面體，由C原子和Si原子組成的四面體。

為了區(qū)分 SiC 的不同晶型，目前主要采用 Ramsdell 方法進行標記。該方法采用字母與數(shù)字相結合的方法來表示SiC 的不同晶型。

其中字母放在后面，用來表示晶體的晶胞類型。C 代表立方晶型(英文Cubic首字母)，H 代表六方晶型(英文Hexagonal首字母)，R 代表菱形晶型(英文Rhombus首字母)。數(shù)字放在前面，用來表示基本重復單元的Si-C雙原子層的層數(shù)。

除2H-SiC與3C-SiC外，其它晶型均可視為閃鋅礦與纖鋅礦結構的混合體，也就是密排六方結構。

C面是指碳化硅晶片的(000-1)晶面，即晶體沿著c軸的負方向切割的表面，該表面的終止原子是碳原子。

硅面是指碳化硅晶片的(0001)晶面，即晶體沿著c軸的正方向切割的表面，該表面的終止原子是硅原子。

C面和硅面的不同會影響碳化硅晶片的物理性能和電學性能，如熱導率、電導率、載流子遷移率、界面態(tài)密度等。

C面和硅面的選擇也會影響碳化硅器件的制造工藝和性能，如外延生長、離子注入、氧化、金屬沉積、接觸電阻等。

來源：半導體信息

審核編輯：湯梓紅