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6H-SiC 衬底:N 型与 P 型在功率电子及关联领域的深入对比分析

碳化硅(SiC)作为第三代宽禁带半导体的核心材料,因其高击穿电场、高热导率、高电子饱和漂移速度等关键优势,已在功率电子、射频、光电与极端环境电子领域产生深远影响。在诸多 SiC 多型结构中,6H-SiC 凭借成熟的晶体生长技术及稳定的材料特性,依旧在产业链中占据重要地位。
根据外延材料或器件结构的功能需求,6H-SiC 衬底通常分为 N 型P 型两类,其差异根植于掺杂机制与载流子行为。本文将从定义、材料物理特性、关键优势、典型应用到未来趋势进行系统性、深入的比较分析。

I. 定义

1. 6H-SiC

6H-SiC 是 SiC 中典型的六方晶体多型,其晶格沿 c 轴方向每六层重复一次,具有:

禁带宽度(Eg)约 3.0 eV

高热导率(3–4.9 W/cm·K)

高击穿电场(约 3 MV/cm)

这些特性使其非常适合高温、高功率密度应用。

2. 6H-N 型衬底

掺杂元素:氮(N),替代碳位(C-site)成为施主杂质

主要载流子:电子

电子迁移率优于空穴迁移率,使其有利于低电阻、高导电型衬底的制备

3. 6H-P 型衬底

掺杂元素:铝(Al,受主)或硼(B)

主要载流子:空穴

P 型 SiC 的空穴迁移率较电子迁移率低,导致其电阻率明显高于 N 型

II. 性能比较

 

III. 6H-SiC N 型 vs. P 型:优势|应用领域|发展趋势 综合对比表

 

结论

6H-N 型 SiC 衬底凭借低电阻率、成熟的晶体生长技术及良好的外延兼容性,已成为当前 SiC 功率电子产业的基础材料,广泛应用于 MOSFET、SBD、IGBT 等高压器件中,并在高频与极端环境电子领域表现优异。

相比之下,6H-P 型虽然不具备商业化大规模量产的优势,但在 P 型外延研究、光电器件开发、PN 结结构探索 等领域具有无可替代的价值,是推动 SiC 前沿技术持续演进的重要力量。

从长远来看,随着晶圆尺寸扩大、缺陷密度下降、掺杂与外延技术持续突破,N 型与 P 型 6H-SiC 将形成互补关系,为功率电子、光电子乃至未来多物理场集成设备提供更广阔的发展空间。

晶沐光电

作为国内碳化硅材料领域的重要供应商,晶沐光电长期专注于宽禁带半导体材料研发及定制化产品供应。针对科研机构及高端器件开发需求,晶沐光电可提供多种特殊晶型的碳化硅衬底与外延材料,包括:

  • 3C-SiC(立方相):适用于高频器件、功率开关、MEMS、传感器与光电子研究,具备低界面态密度与硅衬底兼容等优势。

  • 6H-SiC(六方相):可提供 N 型与 P 型衬底,用于功率器件、光电应用及 PN 结结构研究。

晶沐光电支持 小批量科研用料定制化规格(尺寸、掺杂类型、电阻率、外延层设计),为高校、研究机构及企业用户提供从材料到器件开发的全流程支持。这些高品质 3C/6H 碳化硅材料将为新型功率电子、光电子以及前沿半导体技术的发展提供坚实基础。

 

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