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4H-SIC和6H-SIC的空间群是P63mc点群是6mm。两者都属于六方晶系具有各向异性。3C-SIC的空间群是F-43m点群是-43m。它属于立方晶系不具有各向异性。15R-SIC的空间群是R3m点群是3m。它属于三方晶系具有各向异性。 此外6mm和3m属于10个极性点群1、2、3、4、6、m、3m、mm2、4mm、6mm之一因此4H-SIC、6H-SIC、15R-SIC是极性晶体。极性晶体意味着晶体中至少一个方向与相反方向具有不同的性质可以是电学性质热电性质、铁电性质生长性质等。总之在同一个方向上正负之间会存在性能差异。 各向异性的表现会直接体现在不同晶面不同的性质上。在晶体中不同碳化硅晶体面由晶面指数的差异来表示。晶面指数也称为米勒指数是hkl。 具体表示方法是建立晶体的坐标系该晶面的截距和坐标轴将是a、b、c然后取截距的倒数1/a、1/b、1/c化简为最简整数比即hkl。对于三方和六方晶系的晶体hkl (hkil)i-h-k。但是根据晶体的对称性会存在一系列相同的碳化硅晶体面。例如100和200只是没有化简为最简整数比。
各向异性具有许多应用 不同方向的籽晶生长性质差异很大。以0001晶面为参考偏转一定角度步流的晶片更容易生长碳化硅。 电性质也存在巨大差异。例如硅碳晶面0-33-8用于制备碳化硅MOSFET。由于其界面态密度较低、自由电子比例较高在所有掺杂浓度下表面的通道迁移率最高。 如图所示当使用掺杂浓度为1018/cm3时可以达到高达60cm2V-1s-1的通道迁移率和高达4V的阈值电压。该电压足以在高温下抑制误启动高于0001晶面。 图片中还包含一个立体图显示了b112N和b110N型晶体取向之间的30°角。这表明金刚石和碳化硅晶体相互旋转30°使得一个晶体的b112N方向与另一个晶体的b110N方向对齐。 利用这一特性一家日本公司开发了一种新的 SiC MOSFET 结构。它有一个 V 形槽使用 (0-33-8) 晶面因此具有更高的迁移率性能。 4H-SiC 的 (0-33-8) 晶面与 (0001) 晶面形成 54.7 度的偏角。 三方和六方晶系的晶胞参数为a和c晶面(h1k111) (h2k212)的计算方法如下 cos ϕ h 1 h 2 k 1 k 2 1 2 ( h 1 k 2 h 2 k 1 ) 3 a 2 4 c 2 l 1 l 2 ( h 1 2 k 1 2 h 1 k 1 3 a 2 4 c 2 l 1 2 ) ( h 2 2 k 2 2 h 2 k 2 3 d 2 4 c 2 l 2 2 ) \cos\phi\frac{h_{1}h_{2}k_{1}k_{2}\frac{1}{2}(h_{1}k_{2}h_{2}k_{1})\frac{3a^{2}}{4c^{2}}l_{1}l_{2}}{\sqrt{\left(h_{1}^{2}k_{1}^{2}h_{1}k_{1}\frac{3a^{2}}{4c^{2}}l_{1}^{2}\right)\left(h_{2}^{2}k_{2}^{2}h_{2}k_{2}\frac{3d^{2}}{4c^{2}}l_{2}^{2}\right)}} cosϕ(h12k12h1k14c23a2l12)(h22k22h2k24c23d2l22) h1h2k1k221(h1k2h2k1)4c23a2l1l2 制造该设备的关键是使用化学蚀刻工艺形成 V 形沟槽。使用二氧化硅作为蚀刻掩模在约 900°C 的氯气氛中进行蚀刻。
首先将未蚀刻的表面氧化为二氧化硅氯气与表面的碳化硅反应生成碳然后与氧气反应生成二氧化碳生成的硅氯化物和二氧化碳在高温下挥发露出 (0-33-8) 晶面。 注意不能使用离子蚀刻。虽然离子蚀刻是形成 U 形沟槽的一般方法但会导致蚀刻损坏和子沟槽的形成。 通过扫描电子显微镜的图像可以看到化学蚀刻已获得高质量的晶面。
