在半导体材料的发展中，一般将Si和Ge称为第一代电子材料，上世纪60年代，发展了第二代电子材料，包括GaAs、InP、GaP、InAs、AlAs及其合金等。随着微电子技术、光电子技术的飞速发展，常规半导体如Si、GaAs等已面临严峻挑战，人们对能在极端条件(高温、高频、大功率、强辐射)下工作的电子器件的需求越来越迫切。因而继第一代第二代半导体材料以后发展第三代宽带隙(Eg＞2.3eV)高温半导体材料，即SiC、GaN、AlN、金刚石等已成当务之急。SiC是第三代半导体材料的核心之一，与Si、GaAs相比，SiC具有带隙宽、热导率高、电子饱和漂移速率大、化学稳定性好等优点，因而被用于制作高温、高频、抗辐射、大功率和高密度集成电子器件。利用它宽禁带(2.3eV～3.3eV)的特点还可以制作蓝、绿光和紫外光的发光器件和光电探测器件。另外，与其他化合物半导体材料如GaN、AlN等相比，SiC有一个独特的性质就是可以形成自然氧化层SiO2，这对制作各种以MOS为基础的器件是非常有利的。选择SiC这种具有良好应用前景的材料进行深入研究，提高材料质量使之满足器件要求是我国在微电子技术这一重要领域赶上国际水平的必由之路。
　　
　　一、SiC材料发展历史
　　
　　自1824年瑞典科学家Berzelius在人工合成金刚石的过程中观察到了SiC以来，人们开始了对SiC的研究。1885年Acheson第一次生长出SiC晶体，他发现该晶体具有硬度大、熔点高等特性，并希望用它代替金刚石和其他研磨材料。当时这一材料在切割和研磨方面产生了极大的影响力。但由于晶体的尺寸较小，并且其中存在大量的缺陷，SiC材料还不能用于制备电子器件。SiC在电子学中的正式应用是1907年，英国电子工程师Round制造出了第一支SiC的电致发光二极管。1920年，SiC单晶作为探测器应用于早期的无线电接收机上。直到1959年，Lely发明了一种采用升华法生长高质量单晶体的新方法，由此奠定了SiC的发展基础，也开辟了SiC材料和器件研究的新纪元。
　　但是，由于当时SiC单晶生长难度比较大，因而使得SiC的研究滞后了。这一时期的研究工作，即60年代中期到70年代中期，主要在前苏联进行，在西方一些国家，SiC的研究工作仅处于维持状态。1978年，俄罗斯科学家Tairov和Tsvetkov发明了改良的Lely法，获得较大晶体的SiC生长技术，又激起了人们的兴趣。1979年，成功地制造出了SiC蓝色发光二极管。1981年，Matsunami发明了Si衬底上生长单晶SiC的工艺技术，并在SiC领域引发了技术的高速发展。1991年，Cree Research Inc用改进的Lely法生产出6H-SiC晶片，1994年获得4H-SiC晶片。人们逐步增强了对SiC的研究兴趣，且目前这一领域由于SiC衬底的商品化而迅猛发展起来。
　　
　　二、SiC材料的结构与特性
　　
　　SiC是IV-IV族二元化合物半导体，也是元素周期表中IV族元素中唯一的一种固态化合物。SiC具有250多种同素异构类型，其中最为重要的有两种：一种为立方密堆积的闪锌矿结构叫作3C-SiC，即β-SiC；另一种为六角密堆积的纤维锌矿结构，其中典型的有6H、4H、15R(数字和字母分别表示密堆积方向上晶胞中(Si＋C)双层的数目及晶体结构种类)等，统称为α-SiC。 

　　从表中可以看出，SiC宽的带隙、高的热导率、快的电子饱和漂移速率、好的化学稳定性等特性，使它成为目前发展最快的高温宽禁带半导体器件之一。
　　(1)SiC是一种宽带隙半导体，不同的结晶状态有不同的带隙，可以用作不同颜色的发光材料。如六角晶体SiC的带隙约为3eV，可以用作蓝光LED的发光材料；立方晶体SiC的带隙为2.2eV，可以用作绿色LED的发光材料。由于带隙不同，它们呈现出不同的体色，立方晶系透射和反射出黄色，六角晶系呈无色。
　　(2)SiC材料不同的结晶形态决定其禁带宽度的不同，但均大于Si和GaAs的禁带宽度，大大降低了SiC器件的泄漏电流，加上SiC的耐高温特性，使得SiC器件在高温电子工作方面具有独特的优势。
　　(3)SiC三倍于Si的热导率使它具有优良的散热性，有助于提高器件的功率密度和集成度。
　　(4)SiC具有很高的临界击穿电场，它大约是Si材料的十倍，用它作成的器件可以很大的提高耐压容量、工作频率和电流密度，也大大降低了器件的导通损耗。
　　(5)SiC两倍于Si的电子饱和漂移速度使SiC器件具有优良的微波特性，可以很大的改善通信、雷达系统的性能，而且SiC器件的高温高功率特性使它能够满足在航空航天、国防安全等特殊环境的工作需要。
　　(6)SiC材料的高硬度和高化学稳定性使它具有极高的耐磨性，可以在很恶劣的环境下工作。
　　由于碳化硅具有以上特性，因此SiC比一些常规半导体材料更适合应用于特性优越的器件，很快成为第三代电子材料的核心之一。
　　
　　三、SiC薄膜的制备方法
　　
　　目前，常用的SiC薄膜的制备方法有：溅射法、CVD法和液相外延法。
　　在用溅射法制备薄膜时，薄膜的形成过程大致都可分为四个阶段。
　　1)外来原子在基底表面相遇结合在一起成为原子团，只有当原子团达到一定数量形成“核”后，才能不断吸收新加入的原子而稳定地长大形成“岛”。
　　2)随着外来原子的增加，岛不断长大，进一步发生岛的接合。
　　3)很多岛接合起来形成通道网络结构。
　　4)后续的原子将填补网络通道间的空洞，成为连续薄膜。 

　　在薄膜的生长过程中，基片的温度对沉积原子在基片上的附着以及在其上移动等都有很大影响，是决定薄膜结构的重要条件。一般来说，基片温度越高，则吸附原子的动能也越大，跨越表面势垒的几率增多，则需要形成核的临界尺寸增大，越易引起薄膜内部的凝聚，每个小岛的形状就越接近球形，容易结晶化，高温沉积的薄膜易形成粗大的岛状组织。而在低温时，形成核的数目增加，这将有利于形成晶粒小而连续的薄膜组织，而且还增强了薄膜的附着力，所以寻求实现薄膜的低温成型一直是研究的方向。
　　CVD法由于生长温度低、反应条件易于控制、成膜均匀等优点成为目前制备结晶态SiC薄膜材料及器件的主要方法，通常采用含Si和C的气体作为反应源，H2或Ar作为稀释和输送气体，衬底用射频感应电炉加热，通常选单晶硅片作为衬底，因为它成本低、纯度高、生长重复性好。但是SiC与Si晶格失配与热膨胀失配比较大，分别为20%和8%左右，因此在SiC／Si界面上会出现高密度的失配位错和堆垛位错等，这些缺陷会引起杂质的重新分配，杂质散射的增大，降低载流子迁移率。近年来，为了获得高质量的SiC膜，人们一方面努力改进以Si为衬底的外延生长技术，另一方面也发展了SiC取代Si作为衬底的外延生长技术。
　　LPE是一种比较早且比较成熟的生长SiC薄膜的技术。因为SiC不熔融于Si体中，故可用LPE工艺生长SiC，这一工艺的生长温度较低，且生长状态几乎维持在平衡态。
　　以往的研究发现，在一定条件下，不同晶型的SiC之间可以转换。例如，在大于1600℃温度下燃烧，3C-SiC可变为6H-SiC；利用此现象已在3C-SiC(100)籽晶上生长出6H-SiC(0114)单晶，同时还对4H-SiC的变型生长进行了研究。研究发现，在生长初期掺入某种杂质有利于4H-SiC单晶生长，当生长温度高于通常6H-SiC生长所需要的温度时，在6H-SiC(0001)面上容易生长4H-SiC单晶。
　　
　　四、SiC半导体材料的应用
　　
　　SiC优越的半导体特性将为众多的器件所采用。SiC作为高温结构材料已经广泛应用于航空、航天、汽车、机械、石化等工业领域。利用其高热导、高绝缘性目前在电子工业中用作大规模集成电路的基片和封装材料。在冶金工业中作为高温热交换材料和脱氧剂，同时作为一种理想的高温半导体材料。随着SiC半导体技术的进一步发展，SiC器件的应用领域越来越广阔，如表2所示。 

　　SiC材料以其宽禁带，高击穿临界电场、饱和速度和热导率，小的介电常数和较高的电子迁移率，以及抗辐射能力强，结实耐磨等特性成为制作高频、大功率、耐高温、和抗辐射器件的理想材料。在器件研制方面，SiC蓝光LED已经商业化，高温高压二极管已经逐渐走向成熟。在高温半导体器件方面，利用SiC材料制作的SiCJFET和SiC器件可以在无任何领却散热系统下的600℃高温下正常工作，在航空航天、高温辐射环境、石油勘探等方面发挥重要作用。
　　
　　五、结论及其展望
　　
　　目前SiC研究领域已经取得了很大的成绩，国际上掀起了对SiC材料和器件研究的热潮。但是仍旧存在一些技术上的难题有待于解决。其中改善晶体质量，降低成本，减少缺陷密度，获得大面积的晶片成为人们竞相研究的热点。随着SiC器件加工和封装技术的不断发展，在不远的将来，SiC器件和电路一定会大量的投放市场，满足国防和经济建设中众多领域在极端条件下对器件的要求。
　　
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