Als neuartiges Halbleitermaterial hat sich SiC aufgrund seiner hervorragenden physikalischen, chemischen und elektrischen Eigenschaften zum wichtigsten Halbleitermaterial für die Herstellung von kurzwelligen optoelektronischen Bauelementen, Hochtemperaturbauelementen, strahlungsbeständigen Bauelementen und Hochleistungselektronikbauelementen entwickelt. Insbesondere unter extremen und rauen Bedingungen übertreffen die Eigenschaften von SiC-Bauelementen die von Si- und GaAs-Bauelementen deutlich. Daher haben sich SiC-Bauelemente und verschiedene Sensoren zunehmend zu Schlüsselbauelementen entwickelt und spielen eine immer wichtigere Rolle.
SiC-Bauelemente und -Schaltungen haben sich seit den 1980er Jahren rasant entwickelt, insbesondere seit 1989, als die ersten SiC-Substratwafer auf den Markt kamen. In einigen Bereichen, wie beispielsweise Leuchtdioden, Hochfrequenz-, Hochleistung- und Hochspannungsbauelementen, werden SiC-Bauelemente bereits kommerziell eingesetzt. Die Entwicklung schreitet rasant voran. Nach fast zehnjähriger Entwicklungszeit ist der SiC-Prozess bereits für die Herstellung kommerzieller Bauelemente geeignet. Zahlreiche von Cree vertretene Unternehmen bieten bereits kommerzielle SiC-Bauelemente an. Auch inländische Forschungsinstitute und Universitäten haben erfreuliche Erfolge bei der Entwicklung von SiC-Materialien und der Herstellung von Bauelementen erzielt. Obwohl SiC über deutlich überlegene physikalische und chemische Eigenschaften verfügt und die SiC-Bauelementtechnologie ausgereift ist, ist die Leistung von SiC-Bauelementen und -Schaltungen nicht überragend. Darüber hinaus müssen SiC-Material und -Prozess kontinuierlich verbessert werden. Es sollten verstärkt Anstrengungen unternommen werden, um die Vorteile von SiC-Materialien durch die Optimierung der S5C-Bauelementstruktur oder die Entwicklung neuer Bauelementstrukturen zu nutzen.
Die Forschung zu SiC-Bauelementen konzentriert sich derzeit hauptsächlich auf diskrete Bauelemente. Für jede Bauelementstruktur wird zunächst die entsprechende Si- oder GaAs-Bauelementstruktur auf SiC übertragen, ohne die Bauelementstruktur zu optimieren. Da die intrinsische Oxidschicht von SiC mit der von SiO2 identisch ist, können die meisten Si-Bauelemente, insbesondere m-pa-Bauelemente, auf SiC hergestellt werden. Obwohl es sich nur um eine einfache Übertragung handelt, haben einige der erhaltenen Bauelemente zufriedenstellende Ergebnisse erzielt, und einige Bauelemente sind bereits fabrikmäßig im Markt erhältlich.
Optoelektronische SiC-Bauelemente, insbesondere blaue Leuchtdioden (BLU-ray LEDs), kamen Anfang der 1990er Jahre auf den Markt und stellten die ersten in Massenproduktion hergestellten SiC-Bauelemente dar. Hochspannungs-SiC-Schottkydioden, SiC-HF-Leistungstransistoren, SiC-MOSFETs und -MESFETs sind ebenfalls kommerziell erhältlich. Natürlich erreichen all diese SiC-Produkte hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit noch lange nicht die hervorragenden Eigenschaften von SiC-Materialien, und die Verbesserung von Funktion und Leistungsfähigkeit von SiC-Bauelementen muss noch erforscht und entwickelt werden. Solche einfachen Transplantationen können die Vorteile von SiC-Materialien oft nicht voll ausschöpfen. Selbst im Bereich einiger Vorteile von SiC-Bauelementen können einige der ursprünglich hergestellten SiC-Bauelemente nicht mit der Leistung entsprechender Si- oder CaAs-Bauelemente mithalten.
Um die Vorteile der SiC-Materialeigenschaften besser in Vorteile von SiC-Geräten umzuwandeln, untersuchen wir derzeit, wie der Geräteherstellungsprozess und die Gerätestruktur optimiert werden können oder wie neue Strukturen und neue Prozesse entwickelt werden können, um die Funktion und Leistung von SiC-Geräten zu verbessern.
Veröffentlichungszeit: 23. August 2022