SiC सब्सट्रेट 4H/6H-P 3C-N 45.5mm~150.0mm Z ग्रेड P ग्रेड D ग्रेड

4H/6H-P 3C-N SiC सब्सट्रेट का सार

इस अध्ययन में 4H/6H पॉलीटाइप सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) सब्सट्रेट के संरचनात्मक और इलेक्ट्रॉनिक गुणों का पता लगाया गया है जो 3C-N SiC फिल्मों के साथ एकीकृत हैं।4H/6H-SiC और 3C-N-SiC के बीच बहुरूपी संक्रमण SiC आधारित अर्धचालक उपकरणों के प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए अद्वितीय अवसर प्रदान करता हैउच्च तापमान रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) के माध्यम से, 3 सी-सीआईसी फिल्मों को 4 एच / 6 एच-सीआईसी सब्सट्रेट पर जमा किया जाता है, जिसका उद्देश्य जाली असंगतता और विस्थापन घनत्व को कम करना है।एक्स-रे विवर्तन (एक्सआरडी) का उपयोग करके विस्तृत विश्लेषण, परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी (एएफएम), और संचरण इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी (टीईएम) फिल्मों के epitaxial संरेखण और सतह आकृति विज्ञान को प्रकट करता है।विद्युत माप से वाहक गतिशीलता और ब्रेकडाउन वोल्टेज में सुधार हुआ है, इस सब्सट्रेट कॉन्फ़िगरेशन को अगली पीढ़ी के उच्च शक्ति और उच्च आवृत्ति इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों के लिए आशाजनक बनाता है।अध्ययन में दोषों को कम करने और विभिन्न SiC पॉलीटाइपों के बीच संरचनात्मक सामंजस्य बढ़ाने के लिए विकास स्थितियों को अनुकूलित करने के महत्व पर जोर दिया गया है।.

4H/6H-P 3C-N SiC सब्सट्रेट के गुण

4H/6H पॉलीटाइप (P) सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) सब्सट्रेट 3C-N (नाइट्रोजन-डोप्ड) SiC फिल्मों के साथ गुणों का एक संयोजन प्रदर्शित करते हैं जो विभिन्न उच्च शक्ति, उच्च आवृत्ति,और उच्च तापमान अनुप्रयोगोंइन सामग्रियों के मुख्य गुण इस प्रकार हैंः

1.बहुप्रकार और क्रिस्टल संरचनाः

• 4H-SiC और 6H-SiC:ये सिसि-सी द्विपरतों के विभिन्न स्टैकिंग अनुक्रमों के साथ हेक्सागोनल क्रिस्टल संरचनाएं हैं। "एच" हेक्सागोनल प्रतिरूपता को दर्शाता है, और संख्याएं स्टैकिंग अनुक्रम में परतों की संख्या को संदर्भित करती हैं।
  • 4H-SiC:उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता और व्यापक बैंडगैप (लगभग 3.2 eV) प्रदान करता है, जिससे यह उच्च आवृत्ति और उच्च शक्ति वाले उपकरणों के लिए उपयुक्त है।
  • 6H-SiC:4H-SiC की तुलना में थोड़ा कम इलेक्ट्रॉन गतिशीलता और बैंडगैप (लगभग 3.0 eV) है लेकिन अभी भी पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग किया जाता है।
• 3C-SiC (क्यूबिक):सीआईसी (3सी-सीआईसी) के घन रूप में आमतौर पर एक अधिक आइसोट्रोपिक क्रिस्टल संरचना होती है, जिससे कम विस्थापन घनत्व वाले सब्सट्रेट पर आसान एपिटेक्सियल विकास होता है। इसका बैंडगैप लगभग 2 है।36 eV और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के साथ एकीकरण के लिए अनुकूल है.

2.इलेक्ट्रॉनिक गुण:

• चौड़ा बैंडगैप:सीआईसी में एक व्यापक बैंडगैप है जो इसे उच्च तापमान और वोल्टेज पर कुशलता से काम करने की अनुमति देता है। बैंडगैप बहुप्रकार के आधार पर भिन्न होता हैः
  • 4H-SiC:3.2 eV
  • 6H-SiC:3.0 eV
  • 3C-SiC:2.36 eV
• उच्च विखंडन विद्युत क्षेत्र:उच्च टूटने वाला विद्युत क्षेत्र (~3-4 एमवी/सेमी) इन सामग्रियों को बिजली उपकरणों के लिए आदर्श बनाता है जिन्हें टूटने के बिना उच्च वोल्टेज का सामना करने की आवश्यकता होती है।
• वाहक गतिशीलताः
  • 4H-SiC:6H-SiC की तुलना में उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता (~ 800 cm2/Vs)
  • 6H-SiC:मध्यम इलेक्ट्रॉन गतिशीलता (~ 400 सेमी2/वोल्ट)
  • 3C-SiC:क्यूबिक रूप में आमतौर पर हेक्सागोनल रूपों की तुलना में इलेक्ट्रॉन गतिशीलता अधिक होती है, जिससे यह इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए वांछनीय हो जाता है।

3.थर्मल गुण:

• उच्च ताप चालकता:सीआईसी में उत्कृष्ट थर्मल चालकता (~3-4 W/cm·K) होती है, जो कुशल गर्मी अपव्यय को सक्षम करती है, जो उच्च-शक्ति इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए महत्वपूर्ण है।
• थर्मल स्थिरता:SiC 1000°C से अधिक तापमान पर स्थिर रहता है, जिससे यह उच्च तापमान वाले वातावरण के लिए उपयुक्त होता है।

4.यांत्रिक गुण:

• उच्च कठोरता और शक्तिःसीआईसी एक अत्यंत कठोर सामग्री (मोह की कठोरता 9.5) है, जिससे यह पहनने और यांत्रिक क्षति के लिए प्रतिरोधी है।
• उच्च युवाओं के मॉड्यूलःइसका उच्च यंग्स मॉड्यूल (~410 जीपीए) है, जो यांत्रिक अनुप्रयोगों में इसकी कठोरता और स्थायित्व में योगदान देता है।

5.रासायनिक गुण:

• रासायनिक स्थिरता:सीआईसी रासायनिक संक्षारण और ऑक्सीकरण के लिए अत्यधिक प्रतिरोधी है, जो इसे कठोर वातावरण के लिए उपयुक्त बनाता है, जिसमें संक्षारक गैस और रसायन शामिल हैं।
• कम रासायनिक प्रतिक्रियाशीलता:यह गुण अधिक मांग वाले अनुप्रयोगों में इसकी स्थिरता और प्रदर्शन को और बढ़ाता है।

6.ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक गुण:

• प्रकाशप्रदीप्ति:3 सी-सीआईसी में प्रकाशप्रकाश होता है, जिससे यह ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में उपयोगी होता है, विशेष रूप से पराबैंगनी रेंज में काम करने वाले।
• उच्च यूवी संवेदनशीलता:सीआईसी सामग्री का व्यापक बैंडगैप उन्हें यूवी डिटेक्टरों और अन्य ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों में उपयोग करने की अनुमति देता है।

7.डोपिंग विशेषताएं:

• नाइट्रोजन डोपिंग (एन-प्रकार):नाइट्रोजन को अक्सर 3C-SiC में n-प्रकार के डोपेंट के रूप में प्रयोग किया जाता है, जो इसकी चालकता और इलेक्ट्रॉन वाहक एकाग्रता को बढ़ाता है।डोपिंग स्तरों के सटीक नियंत्रण से सब्सट्रेट के विद्युत गुणों को ठीक से समायोजित करने में सक्षम है.

8.अनुप्रयोग:

• पावर इलेक्ट्रॉनिक्स:उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज, व्यापक बैंडगैप और थर्मल चालकता इन सब्सट्रेट को पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों जैसे कि एमओएसएफईटी, आईजीबीटी और शॉटकी डायोड के लिए आदर्श बनाती है।
• उच्च आवृत्ति उपकरण:4 एच-सीआईसी और 3 सी-सीआईसी में उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता कुशल उच्च आवृत्ति संचालन की अनुमति देती है, जिससे वे आरएफ और माइक्रोवेव अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त होते हैं।
• ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्सः3C-SiC के ऑप्टिकल गुणों से यह यूवी डिटेक्टर और अन्य फोटोनिक अनुप्रयोगों के लिए एक उम्मीदवार है।

ये गुण 4H/6H-P और 3C-N SiC के संयोजन को उन्नत इलेक्ट्रॉनिक, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक और उच्च तापमान अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए एक बहुमुखी सब्सट्रेट बनाते हैं।

4H/6H-P 3C-N SiC सब्सट्रेट की तस्वीर

4H/6H-P 3C-N SiC सब्सट्रेट के अनुप्रयोग

4H/6H-P और 3C-N SiC सब्सट्रेट के संयोजन में कई उद्योगों में विशेष रूप से उच्च शक्ति, उच्च तापमान और उच्च आवृत्ति उपकरणों में अनुप्रयोगों की एक श्रृंखला है।नीचे कुछ प्रमुख अनुप्रयोग दिए गए हैं:

1.पावर इलेक्ट्रॉनिक्स:

• उच्च वोल्टेज बिजली उपकरण:4H-SiC और 6H-SiC के व्यापक बैंडगैप और उच्च टूटने वाले विद्युत क्षेत्र इन सब्सट्रेट को बिजली उपकरणों जैसे MOSFETs, IGBTs,और Schottky डायोड जो उच्च वोल्टेज और धाराओं पर काम करने की जरूरत हैइन उपकरणों का उपयोग इलेक्ट्रिक वाहनों (ईवी), औद्योगिक मोटर ड्राइव और बिजली ग्रिड में किया जाता है।
• उच्च दक्षता शक्ति रूपांतरणःसीआईसी आधारित उपकरण कम ऊर्जा हानि के साथ कुशल बिजली रूपांतरण को सक्षम करते हैं, जिससे वे सौर ऊर्जा प्रणालियों में इन्वर्टर, पवन टरबाइन,और विद्युत शक्ति संचरण.

2.उच्च आवृत्ति और आरएफ अनुप्रयोगः

• आरएफ और माइक्रोवेव उपकरण:4H-SiC की उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता और टूटने वाले वोल्टेज इसे रेडियो फ्रीक्वेंसी (RF) और माइक्रोवेव उपकरणों के लिए उपयुक्त बनाते हैं। ये उपकरण वायरलेस संचार प्रणालियों, रडार,और उपग्रह संचार, जहां उच्च आवृत्ति संचालन और थर्मल स्थिरता आवश्यक है।
• 5जी दूरसंचार:सीआईसी सब्सट्रेट का उपयोग 5जी नेटवर्क के लिए पावर एम्पलीफायर और स्विच में कम बिजली के नुकसान के साथ उच्च आवृत्ति संकेतों को संभालने की क्षमता के कारण किया जाता है।

3.एयरोस्पेस और रक्षा:

• उच्च तापमान सेंसर और इलेक्ट्रॉनिक्सःसीआईसी की थर्मल स्थिरता और विकिरण प्रतिरोध इसे एयरोस्पेस और रक्षा अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाते हैं। सीआईसी उपकरण चरम तापमान, उच्च विकिरण वातावरण में काम कर सकते हैं,और अंतरिक्ष अन्वेषण में पाए जाने वाले कठोर परिस्थितियों, सैन्य उपकरण और विमानन प्रणाली।
• विद्युत आपूर्ति प्रणाली:ऊर्जा दक्षता में सुधार और वजन और शीतलन आवश्यकताओं को कम करने के लिए SiC आधारित पावर इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग विमान और अंतरिक्ष यान बिजली आपूर्ति प्रणालियों में किया जाता है।

4.ऑटोमोबाइल उद्योग:

• विद्युत वाहन (ईवी):सीआईसी सब्सट्रेट का उपयोग इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में तेजी से किया जाता है, जैसे कि इन्वर्टर, ऑन-बोर्ड चार्जर और डीसी-डीसी कन्वर्टर्स।सीआईसी की उच्च दक्षता बैटरी के जीवनकाल को बढ़ाने और इलेक्ट्रिक वाहनों की ड्राइविंग रेंज बढ़ाने में मदद करती है.
• तेज़ चार्जिंग स्टेशनःसीआईसी उपकरण ईवी फास्ट चार्जिंग स्टेशनों में तेजी से और अधिक कुशल बिजली रूपांतरण को सक्षम करते हैं, जिससे चार्जिंग समय को कम करने और ऊर्जा हस्तांतरण दक्षता में सुधार करने में मदद मिलती है।

5.औद्योगिक अनुप्रयोग:

• मोटर ड्राइव और नियंत्रण:उच्च दक्षता के साथ बड़े इलेक्ट्रिक मोटर्स को नियंत्रित करने और विनियमित करने के लिए औद्योगिक मोटर ड्राइव में SiC आधारित पावर इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग किया जाता है। इन प्रणालियों का व्यापक रूप से विनिर्माण, रोबोटिक्स,और स्वचालन.
• नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियाँ:नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियों जैसे सौर इन्वर्टर और पवन टरबाइन नियंत्रकों में सीआईसी सब्सट्रेट महत्वपूर्ण हैं, जहां कुशल बिजली रूपांतरण और थर्मल प्रबंधन विश्वसनीय संचालन के लिए आवश्यक हैं।

6.चिकित्सा उपकरण:

• उच्च-सटीक चिकित्सा उपकरण:सीआईसी की रासायनिक स्थिरता और जैव संगतता इसका उपयोग चिकित्सा उपकरणों जैसे प्रत्यारोपित सेंसर, नैदानिक उपकरण और उच्च शक्ति वाले चिकित्सा लेजर में करने की अनुमति देती है।उच्च आवृत्तियों पर कम बिजली हानि के साथ काम करने की इसकी क्षमता सटीक चिकित्सा अनुप्रयोगों में आवश्यक है.
• विकिरण-कठोर इलेक्ट्रॉनिक्सःविकिरण प्रतिरोधकता के कारण सीआईसी चिकित्सा इमेजिंग उपकरणों और विकिरण चिकित्सा उपकरणों के लिए उपयुक्त है, जहां विश्वसनीयता और सटीकता महत्वपूर्ण है।

7.ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्सः

• यूवी डिटेक्टर और फोटो डिटेक्टर:3C-SiC का बैंडगैप इसे पराबैंगनी (यूवी) प्रकाश के प्रति संवेदनशील बनाता है, जिससे यह औद्योगिक, वैज्ञानिक और पर्यावरण निगरानी अनुप्रयोगों में यूवी डिटेक्टरों के लिए उपयोगी हो जाता है।इन डिटेक्टरों का उपयोग लौ का पता लगाने में किया जाता है, अंतरिक्ष दूरबीन, और रासायनिक विश्लेषण।
• एलईडी और लेजरःसीआईसी सब्सट्रेट का उपयोग प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) और लेजर डायोड में किया जाता है, विशेष रूप से उच्च चमक और स्थायित्व की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में, जैसे कि ऑटोमोबाइल प्रकाश व्यवस्था, डिस्प्ले,और ठोस राज्य प्रकाश व्यवस्था.

8.ऊर्जा प्रणालियाँ:

• ठोस-राज्य ट्रांसफार्मर:सीआईसी बिजली उपकरणों का उपयोग ठोस-राज्य ट्रांसफार्मर में किया जाता है, जो पारंपरिक ट्रांसफार्मर की तुलना में अधिक कुशल और कॉम्पैक्ट होते हैं। ये ऊर्जा वितरण और स्मार्ट ग्रिड सिस्टम में महत्वपूर्ण हैं।
• बैटरी प्रबंधन प्रणालीःबैटरी प्रबंधन प्रणालियों में सीआईसी उपकरण नवीकरणीय ऊर्जा प्रतिष्ठानों और इलेक्ट्रिक वाहनों में उपयोग की जाने वाली ऊर्जा भंडारण प्रणालियों की दक्षता और सुरक्षा में सुधार करते हैं।

9.अर्धचालक विनिर्माण:

• एपिटेक्सियल ग्रोथ सब्सट्रेट:4एच/6एच-सीआईसी सब्सट्रेट पर 3सी-सीआईसी का एकीकरण एपिटेक्सियल विकास प्रक्रियाओं में दोषों को कम करने के लिए महत्वपूर्ण है, जिससे अर्धचालक उपकरण के प्रदर्शन में सुधार होता है।यह विशेष रूप से उच्च प्रदर्शन ट्रांजिस्टर और एकीकृत सर्किट के उत्पादन में फायदेमंद है.
• GaN-on-SiC उपकरण:उच्च आवृत्ति और उच्च शक्ति वाले अर्धचालक उपकरणों में गैलियम नाइट्राइड (GaN) एपिटेक्सी के लिए SiC सब्सट्रेट का उपयोग किया जाता है। आरएफ पावर एम्पलीफायर, उपग्रह संचार प्रणालियों में GaN-on-SiC डिवाइस आम हैं,और रडार प्रणाली।

10.कठोर वातावरण इलेक्ट्रॉनिक्सः

• तेल और गैस अन्वेषणःसीआईसी उपकरणों का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक्स में डाउनहोल ड्रिलिंग और तेल अन्वेषण के लिए किया जाता है, जहां उन्हें उच्च तापमान, दबाव और संक्षारक वातावरण का सामना करना पड़ता है।
• औद्योगिक स्वचालन:उच्च तापमान और रासायनिक जोखिम वाले कठोर औद्योगिक वातावरण में, SiC आधारित इलेक्ट्रॉनिक्स स्वचालन और नियंत्रण प्रणालियों के लिए विश्वसनीयता और स्थायित्व प्रदान करते हैं।

ये अनुप्रयोग विभिन्न उद्योगों में आधुनिक प्रौद्योगिकी को आगे बढ़ाने में 4H/6H-P 3C-N SiC सब्सट्रेट की बहुमुखी प्रतिभा और महत्व को उजागर करते हैं।

प्रश्न और उत्तर

4H-SiC और 6H-SiC में क्या अंतर है?

संक्षेप में, 4H-SiC और 6H-SiC के बीच चयन करते समयः उच्च शक्ति और उच्च आवृत्ति इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए 4H-SiC का विकल्प चुनें जहां थर्मल प्रबंधन महत्वपूर्ण है।प्रकाश उत्सर्जन और यांत्रिक स्थायित्व को प्राथमिकता देने वाले अनुप्रयोगों के लिए 6H-SiC चुनें, जिसमें एल ई डी और यांत्रिक घटक शामिल हैं।

कीवर्डः SiC सब्सट्रेट SiC वेफर सिलिकॉन कार्बाइड वेफर