對于非立方晶系的晶體，本身具有各向異性——不同的方向具有不同的性能。

4H-SiC和6H-SiC的空間群都是P63mc，點(diǎn)群是6mm，都屬于六方晶系，具有各向異性。

3C-SiC的空間群是F-43m，點(diǎn)群是-43m，屬于立方晶系，不具有各向異性。

15R-SiC的空間群是R3m，點(diǎn)群是3m，屬于三方晶系，具有各向異性。

更進(jìn)一步，6mm、3m屬于10個極性點(diǎn)群（1，2，3，4，6；m，3m；mm2，4mm，6mm）中的一個，所以4H-SiC、6H-SiC、15R-SiC是極性晶體。所謂極性晶體，是指一塊晶體中至少有一個方向與其相反方向具有不同的性能，可以是電性能（熱電性能、鐵電性能）、生長性能等。也就是，同一方向的正負(fù)面都會有性能的區(qū)別。 對于各向異性的表示，會直接體現(xiàn)在不同晶面具有不同的性質(zhì)。在晶體中，不同晶面是通過晶面指數(shù)的差異來表示的。晶面指數(shù)也叫做米勒指數(shù)，為（hkl）。 具體表示方法為：建立晶體的坐標(biāo)系，這個晶面與坐標(biāo)軸的截距會是a、b、c，接著取截距的倒數(shù)1/a、1/b、1/c，化簡成最簡單的整數(shù)比就是（hkl）。對于三方和六方晶系的晶體，（hkl）=（hkil），i=-h-k。但是，根據(jù)晶體的對稱性，會有一系列晶面是相同的。比如說，（100）與（200）這些只是沒有化為最簡整數(shù)比。 對于各向異性的應(yīng)用有很多。 不同方向的籽晶的生長性質(zhì)有很大的差別。以晶面（0001）為基準(zhǔn)，偏轉(zhuǎn)一定角度（臺階流）的晶片更易于生長碳化硅。 電學(xué)性質(zhì)上也會有很大的差別。比如利用晶面（0-33-8）來制備SiC MOSFET，這是因?yàn)橛捎谄漭^低的界面態(tài)密度和較高的自由電子比，使得該面在所有摻雜濃度下的溝道遷移率最高。

如圖所示，當(dāng)采用10^18/cm3的摻雜濃度時，可實(shí)現(xiàn)60cm2V-1s-1的高溝道遷移率，以及高達(dá)4V的閾值電壓——該電壓足以抑制高溫下的誤啟動，比（0001）晶面高。

運(yùn)用該性質(zhì)，日本住友電氣工業(yè)有限公司為SiC MOSFET開發(fā)了一種新的結(jié)構(gòu)。它具有V型溝槽，使用（0-33-8）晶面，由此具有更高遷移率的性能。

4H-SiC的（0-33-8）晶面與（0001）面成54.7度的偏角。

三方和六方晶系的晶胞參數(shù)為a、c。晶面（h1k1l1）（h2k2l2）的計算方法如下：

生產(chǎn)該器件的關(guān)鍵是使用化學(xué)刻蝕工藝來形成V形溝槽。使用二氧化硅作為刻蝕掩模，并在約900℃的氯氣環(huán)境中進(jìn)行刻蝕。

不刻蝕的表面先氧化為二氧化硅；

氯氣與表面碳化硅產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)化為碳，然后再與氧反應(yīng)生成二氧化碳；

生成的氯化硅和二氧化碳在高溫下?lián)]發(fā)，將（0-33-8）晶面暴露出來。

注意，不能使用離子刻蝕，盡管離子刻蝕是形成U形溝槽的常規(guī)方法，但是將會導(dǎo)致刻蝕損傷和子溝槽的形成。

通過掃描電子顯微鏡的圖像，可以看到化學(xué)刻蝕獲得了高質(zhì)量的晶面。

原文標(biāo)題：材料 | 不同碳化硅晶面帶來新的可能！

文章出處：【微信公眾號：旺材芯片】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

責(zé)任編輯：haq