碳化硅晶片为什么存在C面和Si面？

时间： 2024-01-23 来源：芯长征科技公众号

技术问答

选型帮助

研发客服

商务客服

SiC是一种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)，其基本结构单元为Si-C四面体。

举个例子，Si原子直径大，相当于苹果，C原子直径小，相当于橘子，把数量相等的橘子和苹果堆在一起就成了SiC晶体。SiC是一种二元化合物，其中Si-Si键原子间距为3.89Å，这个间距如何理解呢?目前市面上最牛逼的光刻机光刻精度3nm，就是30Å的距离，光刻精度是原子距离的8倍。

Si-Si键能大小为310kJ/mol，可以理解键能是把这两个原子拉开的力度，键能越大，需要拉开的力越大。Si-C键原子间距为1.89Å，键能大小为447kJ/mol。从键能上可以看出相较于传统的硅基半导体材料，碳化硅基半导体材料化学性质更加稳定。从图中看出任意一个C原子都与最邻近的四个Si原子相连，反之任意一个Si原子都与最邻近的四个C原子相键连。

SiC晶体结构还可以采用层状结构方法描述，如图所示，晶体中的若干C原子均占据在同一平面上的六方格位点中，形成一个C原子密排层，而Si原子也占据在同一平面上的六方格位点中并形成一个Si原子密排层。C原子密排层中的每一个C都与最邻近的Si相连接，反之Si原子密排层也相同。每两个相邻的C、Si原子密排层构成一个碳硅双原子层。

SiC晶体的排列组合形式十分丰富，目前已发现的SiC晶型达200多个。这个类似俄罗斯方块，虽然最小单元方块都一样，但方块组合在一起后，就拼成出了不同形态。SiC的空间结构比俄罗斯方块稍微复杂点，它的最小单元从小方格变成小四面体，由C原子和Si原子组成的四面体。

为了区分SiC的不同晶型，目前主要采用Ramsdell方法进行标记。该方法采用字母与数字相结合的方法来表示SiC的不同晶型。其中字母放在后面，用来表示晶体的晶胞类型。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)。数字放在前面，用来表示基本重复单元的Si-C双原子层的层数。除2H-SiC与3C-SiC外，其它晶型均可视为闪锌矿与纤锌矿结构的混合体，也就是密排六方结构。

C面是指碳化硅晶片的(000-1)晶面，即晶体沿着c轴的负方向切割的表面，该表面的终止原子是碳原子。

硅面是指碳化硅晶片的(0001)晶面，即晶体沿着c轴的正方向切割的表面，该表面的终止原子是硅原子。

C面和硅面的不同会影响碳化硅晶片的物理性能和电学性能，如热导率、电导率、载流子迁移率、界面态密度等。

C面和硅面的选择也会影响碳化硅器件的制造工艺和性能，如外延生长、离子注入、氧化、金属沉积、接触电阻等。

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 0
| 转发至：

本文由玉鹤甘茗转载自芯长征科技公众号，原文标题为:碳化硅晶片为什么存在C面和Si面?，本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。

全部评论（0）

暂无评论

碳化硅单晶衬底的常用检测技术何如保证功率半导体器件的性能？

在半导体产业链中，衬底材料作为晶圆制造的基础，不仅提供物理支撑，还负责导热和导电。特别是在SiC功率半导体器件中，由于采用了同质外延技术，衬底的质量直接影响外延材料的品质，进而决定了功率半导体器件的性能。鉴于SiC衬底在半导体器件制造中的重要性，其质量检测是确保器件性能的关键环节。本文简要介绍下SiC单晶衬底常用的检测技术。

技术探讨发布时间 : 2024-03-26

碳化硅具备的长处和难点

碳化硅（SiC）是由碳元素和硅元素组成的一种化合物半导体材料，被广泛认为是制作高温、高频、大功率、高压器件的理想材料之一。本文介绍碳化硅具备的长处和难点。

技术探讨发布时间 : 2024-02-22

GaN的致命弱点

随着世界在半导体领域寻找新的机遇，氮化镓作为未来电源和射频应用的潜在候选者继续脱颖而出。然而，尽管它提供了所有好处，但它仍然面临着重大挑战；没有P型（P-type）产品。为什么GaN被誉为下一个主要半导体材料，为什么缺乏P型GaN器件是一个主要缺点，这对未来的设计意味着什么？本文中芯长征科技就来为大家解析一二。

技术探讨发布时间 : 2024-03-31

3300V SiC MOSFET栅氧可靠性研究

通过对3300V SiC MOSFET栅氧可靠性的试验研究，发现不同芯片设计中，栅氧在MOSFET器件承受反偏电压时所承受的应力不同。该电应力随着反偏电压的增大及温度的升高而增大。针对这种现象，在高压SiC MOSFET器件可靠性评估中应额外考虑；此外，需要在设计及应用中对该隐患加以重视。

设计经验发布时间 : 2024-03-19

碳化硅外延生长炉的技术路线有哪些不同？

碳化硅衬底有诸多缺陷无法直接加工，需要在其上经过外延工艺生长出特定单晶薄膜才能制作芯片晶圆，这层薄膜便是外延层。几乎所有的碳化硅器件均在外延材料上实现，高质量的碳化硅同质外延材料是碳化硅器件研制的基础，外延材料的性能直接决定了碳化硅器件性能的实现。

技术探讨发布时间 : 2024-03-03

碳化硅器件封装进展综述及展望相关文章集锦

碳化硅（ SiC ）具有禁带宽、临界击穿场强大、热导率高、高压、高温、高频等优点。应用于硅基器件的传统封装方式寄生电感参数较大，难以匹配 SiC 器件的快速开关特性，同时在高温工况下封装可靠性大幅降低，为充分发挥 SiC 器件的优势需要改进现有的封装技术。针对上述挑战，对国内外现有的低寄生电感封装方式进行了总结。

设计经验发布时间 : 2024-03-28

关于碳化硅，这几张图值得研究

碳化硅是提高汽车电力传动系统性能、效率、封装和重量的重要技术手段，同时还能在系统层面上挖掘成本潜力。在新能源汽车方面的应用主要有主驱逆变器、车载充电器OBC、DC/DC等；在充电基础设施方面的应用主要有快速直流充电、无线充电、工业充电器等；在IT基础设施方面的应用主要有PFC、DC/DC 转换器等；在可再生能源方面的应用主要有太阳能逆变器、储能、风能等。

设计经验发布时间 : 2024-02-25

碳化硅晶片的化学机械抛光技术

目前，广泛应用的化学机械抛光技术仍为SiC抛光的基础加工手段，存在加工效率低、加工机理还未有统一的定论等问题。本文重点对传统化学机械抛光技术中的游离磨料和固结磨料工艺以及化学机械抛光的辅助增效工艺进行了阐述与总结。

技术探讨发布时间 : 2024-03-22

碳化硅功率器件：能效与性能的未来

作为一种先进的半导体技术，碳化硅功率器件代表了电力电子领域的未来发展方向。虽然目前仍面临着成本和技术挑战，但随着研发的深入和生产规模的扩大，SiC功率器件预计将在未来几年内迎来广泛的商业应用，并在提升能效、缩小体积和降低系统成本方面发挥重要作用。本文中芯长征科技将为大家详细介绍碳化硅功率器件的核心优势、技术挑战及应用前景。

行业资讯发布时间 : 2024-03-28

“技术、产业、格局大洗牌” 第三代半导体将进入“战国时代”

半导体产业发展至今经历了三个阶段，第一代半导体材料以硅（Si）为代表，以砷化镓（GaAs）为代表的第二代半导体材料和以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化锌（ZnO）等宽禁带为代表的第三代半导体材料。相较前两代产品，第三代半导体最大的优点在于能够适应高压，高频和高温的极端环境，性能大幅提升。

行业资讯发布时间 : 2024-03-05

100kW碳化硅三相并网逆变器设计过程验证，可保证整个光伏并网系统稳定运行

在相同的损耗下可以明显看出 SiC MOSFET 的开关频率要远远高于 Si IGBT的开关频率，在高频特性一方面可以减小谐波对系统的影响，另一方面也可以使系统中的电感和电容等元器件的体积缩小，这使得系统的整体体积相比低频有了质的飞跃，带来了更高的功率密度，同时对于相同的开关频率下 SiC MOSFET器件损耗比 Si IGBT显著降低，可以大大缓解散热问题。

应用方案发布时间 : 2024-03-26

宽禁带半导体：后摩尔时代超车绝佳赛道？

宽禁带半导体是指禁带宽度在2.3eV及以上的半导体材料，以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表，也称“第三代半导体”。采用SiC、GaN材料制备的半导体器件不仅能在更高的温度下稳定运行，适用于高电压、高频率场景，还能以较少的电能消耗，获得更高的运行能力。

原厂动态发布时间 : 2024-03-27

第三代半导体之碳化硅行业分析报告

随着国家“双碳战略”的推进，新能源产业和电动汽车产业蓬勃发展，产生了对功率转换装置如太阳能逆变器，电动汽车充电桩，车载充电器和马达驱动器等的巨大需求，半导体功率器件是上述各种功率转换装置的核心。而碳化硅（SiC）材料具有耐高温和高压的特点，基于SiC的器件还具有高开关频率和低静态功耗，在高电压和大电流的领域，SiC都被认为是将取代硅成为功率器件的主流材料。

行业资讯发布时间 : 2024-02-28

碳化硅与第三代半导体的渊源

碳化硅属于第三代半导体材料，与普通的硅材料相比，碳化硅的优势非常突出，它不仅克服了普通硅材料的某些缺点，在功耗上也有非常好的表现，因而成为电力电子领域目前最具前景的半导体材料。正因为如此，已经有越来越多的半导体企业开始进入SiC市场。碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）、氮化铝（ALN）、氧化镓（Ga2O3）等，因为禁带宽度大于2.2eV统称为宽禁带半导体材料，在国内也称为第三代半导体材料。

行业资讯发布时间 : 2024-02-27