4H 실리콘 카바이드 대 6H 실리콘 카바이드

4H-SiC는 점점 인기를 얻고 있는 실리콘 카바이드의 폴리타입입니다. 넓은 밴드갭과 우수한 열적, 전기적, 기계적 특성으로 인해 전력 전자 애플리케이션에 이상적인 소재입니다.

압축 변형 시험을 위해 4회 로딩-언로딩 사이클의 압축 변형 시험을 4회 수행하여 [0001] 방향의 단결정 4H-SiC 기둥 시편의 탄성 변형 및 균열 거동을 조사했습니다.

경도

탄화규소(일반적으로 “카보룬듐” 또는 “왕관 보석”이라고도 함)는 지구상에서 가장 단단한 자연 발생 물질입니다. 실리콘과 탄소 원소로 구성된 탄화규소는 자연에서 모이사나이트 보석으로 자연 발생하며, 연마재 및 절삭 공구로 사용하기 위해 1893년부터 대량 생산이 시작되어 일반적으로 작은 입자로 연마재로 사용되거나 큰 단결정으로 보석으로 절단되거나 큰 결정에서 직접 절단하여 절삭 공구로 사용됩니다. 실리콘 카바이드는 고온 및 전압에 대한 내구성으로 인해 전기 응용 분야에 이상적이며, 전기 응용 분야를 고려할 때 탁월한 소재 선택이 될 수 있습니다.

4H-SiC는 고전압과 고온에 강해 셀룰러 기지국의 전력 증폭기와 같은 무선 주파수(RF) 장치와 항공우주 및 자동차용 센서를 제작하는 데 유용한 소재입니다. 또한 열전도율이 뛰어나 전자 기기의 열을 효율적으로 방출할 수 있습니다.

계측식 나노인덴테이션은 경도 및 탄성률을 포함한 4H-SiC 재료의 기계적 특성을 측정하는 데 유용한 방법이 될 수 있습니다. 그러나 그 기하학적 구조는 낮은 하중 조건에서 경도 값에 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 이로 인해 압흔의 모서리에서 심각한 균열이 관찰되어 잘못된 판독값이 나올 가능성이 있습니다.

강성

실리콘 카바이드의 특징적인 특성 중 하나인 강성은 전력 전자 애플리케이션과 망원경 미러 모두에 매우 귀중한 소재입니다. 또한 고온과 전기장에도 무결성을 잃지 않고 견딜 수 있어 천체 망원경 사용 중 열팽창을 고려할 때 이상적인 특성입니다.

실리콘 카바이드는 넓은 밴드갭으로 고전압 및 주파수 응용 분야에 적합하지만 각 응용 분야에 적합한 폴리타입을 선택하는 것이 중요하며, 원자 배열에 따라 재료의 물리적 및 전기적 특성에 영향을 미치며, 4H와 6H는 비슷한 특성을 갖지만 결정 구조와 원자 배열이 다른 실리콘 카바이드 폴리타입 중 두 가지 인기 있는 선택지입니다.

4H-SiC의 원자 배열은 취성 변형 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. (12-10) 및 (0001) 평면의 원자 구성은 하중 대 압입 깊이 곡선을 통해 나타나는 경도 및 탄성 계수와 같은 다양한 특성을 생성하며, 또한 기본 압입은 프리즘 압입보다 탄성 계수가 더 높습니다.

[0001] 지향 단결정 4H-SiC 나노 필러는 나노 기계적 변형을 통해 전자 이동도와 밴드갭 구조를 엔지니어링할 수 있는 흥미로운 기회를 제공하며, 전자 이동도가 향상된 재료와 저손실 전력 전자 장치를 개발하고 미세전자기계 시스템(MEMS) 또는 유연한 장치를 만들기 위한 플랫폼을 제공합니다.

열 전도성

실리콘 카바이드는 우수한 기계적, 전기적, 광학적 특성을 지닌 인상적인 소재입니다. 내구성이 뛰어나고 열충격에 강하며 경도와 강성이 높아 항공우주 분야는 물론 기계 부품에 적합하며, 열팽창률이 낮고 열전도율이 우수하여 전력 전자 제품에도 적합합니다. 실리콘 카바이드는 오늘날 많은 첨단 전자 기기에 필수적인 부품으로 사용되고 있습니다.

실리콘 카바이드의 결정 구조는 그 특성과 성능을 결정합니다. 6H 및 4H와 같은 다양한 폴리타입으로 제공됩니다. 각각 결정 구조, 격자 상수, 물리적 특성, 탄소 간극 및 공극의 분포가 다르며, 산화 표면에 간극이 얼마나 빨리 주입되는지, 간극이 벌크 실리콘 카바이드 재료로 확산되는 속도가 실리콘 카바이드 내 공극의 재결합에 영향을 미칠 수 있는지 등 다양한 특성이 있습니다.

붕소 불순물 농도가 낮은 SiC 필름은 열전도 계수라고 하는 높은 등방성 열전도도를 나타냅니다. 3C-SiC는 단결정 다이아몬드에 이어 두 번째로 높은 500W m-1 K-1을 초과하는 등방성 열전도 계수로 뛰어난 성능을 발휘합니다. 또한 이 값은 이온 주입 물질인 4H-SiC 및 AlN과 같은 다른 대결정 반도체보다 훨씬 뛰어나지만 구조 내에 탄소 공극이 없기 때문에 6H-SiC보다는 낮습니다.

전기 전도성

실리콘 카바이드는 전자 분야를 비롯한 여러 분야에서 다양하게 활용되는 매우 다재다능한 반도체 소재입니다. 열 전도성과 넓은 밴드갭 특성을 가진 탄화규소는 고전력 및 고주파 전자 장치뿐만 아니라 전기 자동차 및 재생 에너지 시스템에도 탁월한 소재입니다. 실리콘 카바이드에는 다양한 폴리타입이 있으며 각 폴리타입마다 고유한 장단점이 있으므로 4H-SiC와 6H-SiC의 차이점을 이해하면 제조업체가 특정 프로젝트에 이상적인 소재를 선택하는 데 도움이 될 수 있습니다.

실리콘 카바이드의 결정 구조는 전기적 및 열적 특성에 매우 중요합니다. 탄소 원자의 이중층이 ABCB 또는 ABBA 적층 순서로 배열되어 있으며, 어떤 적층 순서를 사용하느냐에 따라 결정의 대칭과 격자 상수가 달라지며 4H SiC 결정은 육각형, 6H-SiC는 정육면체 형태를 나타냅니다.

4H-SiC에 주입된 H+ 이온은 Si와 C 원자를 전위 및 변위시켜 전자를 가두는 점 결함을 생성할 수 있습니다. X-선 회절은 전자를 가두는 이러한 점 결함을 감지할 수 있으며, 광발광 분광법은 이러한 결함을 측정하여 이온 주입 과정을 특성화하고, 흔들림 곡선은 이러한 주입 과정으로 인한 변형을 측정합니다. 기계적 강도로 인해 이 재료는 응력과 변형에 대해 매우 탄력적이지만 4H-SiC는 여전히 외부 영향의 영향을 받아 응력과 변형에 취약합니다.