Perbedaan kristal SiC dengan struktur berbeda

Silikon karbida (SiC)adalah material yang memiliki stabilitas termal, fisik, dan kimia yang luar biasa, menunjukkan sifat yang melampaui material konvensional. Konduktivitas termalnya mencapai 84W/(m·K), yang tidak hanya lebih tinggi dari tembaga tetapi juga tiga kali lipat dari silikon. Hal ini menunjukkan potensi yang sangat besar untuk digunakan dalam aplikasi manajemen termal. Celah pita SiC kira-kira tiga kali lipat dari silikon, dan kekuatan medan listriknya jauh lebih tinggi daripada silikon. Artinya SiC dapat memberikan keandalan dan efisiensi yang lebih tinggi pada aplikasi tegangan tinggi. Selain itu, SiC masih dapat mempertahankan konduktivitas listrik yang baik pada suhu tinggi 2000°C, sebanding dengan grafit. Ini menjadikannya bahan semikonduktor yang ideal di lingkungan bersuhu tinggi. Ketahanan korosi SiC juga sangat luar biasa. Lapisan tipis SiO2 yang terbentuk pada permukaannya secara efektif mencegah oksidasi lebih lanjut, membuatnya tahan terhadap hampir semua bahan korosif yang diketahui pada suhu kamar. Hal ini memastikan penerapannya di lingkungan yang keras.

Dalam hal struktur kristal, keragaman SiC tercermin dalam lebih dari 200 bentuk kristal yang berbeda, suatu karakteristik yang dikaitkan dengan beragamnya cara atom-atom tersusun rapat di dalam kristalnya. Meskipun ada banyak bentuk kristal, bentuk kristal ini secara garis besar dapat dibagi menjadi dua kategori: β-SiC dengan struktur kubik (struktur seng blende) dan α-SiC dengan struktur heksagonal (struktur wurtzite). Keanekaragaman struktural ini tidak hanya memperkaya sifat fisik dan kimia SiC, tetapi juga memberikan lebih banyak pilihan dan fleksibilitas kepada peneliti ketika merancang dan mengoptimalkan bahan semikonduktor berbasis SiC.

Di antara banyak bentuk kristal SiC, yang paling umum adalah3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, dan 15R-SiC. Perbedaan antara bentuk kristal ini terutama tercermin pada struktur kristalnya. 3C-SiC, juga dikenal sebagai silikon karbida kubik, menunjukkan karakteristik struktur kubik dan merupakan struktur paling sederhana di antara SiC. SiC dengan struktur heksagonal dapat dibagi lagi menjadi 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC dan jenis lainnya sesuai dengan susunan atom yang berbeda. Klasifikasi ini mencerminkan cara atom dikemas di dalam kristal, serta simetri dan kompleksitas kisi.

Celah pita adalah parameter kunci yang menentukan kisaran suhu dan tingkat tegangan di mana bahan semikonduktor dapat beroperasi. Di antara beberapa bentuk kristal SiC, 2H-SiC memiliki lebar celah pita tertinggi sebesar 3,33 eV, yang menunjukkan stabilitas dan kinerjanya yang sangat baik dalam kondisi ekstrem; 4H-SiC mengikuti dengan cermat, dengan lebar celah pita 3,26 eV; 6H-SiC memiliki celah pita yang sedikit lebih rendah yaitu 3,02 eV, sedangkan 3C-SiC memiliki celah pita terendah yaitu 2,39 eV, sehingga lebih banyak digunakan pada suhu dan tegangan yang lebih rendah.

Massa efektif lubang merupakan faktor penting yang mempengaruhi mobilitas lubang material. Massa efektif lubang 3C-SiC adalah 1,1m0, yang relatif rendah, menunjukkan mobilitas lubangnya baik. Massa efektif lubang 4H-SiC adalah 1,75m0 pada bidang dasar struktur heksagonal dan 0,65m0 pada tegak lurus bidang dasar, menunjukkan perbedaan sifat listriknya dalam arah yang berbeda. Massa efektif lubang 6H-SiC mirip dengan 4H-SiC, tetapi secara keseluruhan sedikit lebih rendah, sehingga berdampak pada mobilitas pembawanya. Massa efektif elektron bervariasi dalam kisaran 0,25-0,7m0, tergantung pada struktur kristal spesifik.

Mobilitas pembawa adalah ukuran seberapa cepat elektron dan lubang bergerak dalam suatu material. 4H-SiC berkinerja baik dalam hal ini. Mobilitas lubang dan elektronnya jauh lebih tinggi daripada 6H-SiC, yang menjadikan kinerja 4H-SiC lebih baik pada perangkat elektronik daya.

Dari perspektif kinerja komprehensif, setiap bentuk kristalSiCmempunyai kelebihan yang unik. 6H-SiC cocok untuk pembuatan perangkat optoelektronik karena stabilitas struktural dan sifat pendarannya yang baik.3C-SiCcocok untuk perangkat berfrekuensi tinggi dan berdaya tinggi karena kecepatan penyimpangan elektron jenuhnya yang tinggi. 4H-SiC telah menjadi pilihan ideal untuk perangkat elektronik daya karena mobilitas elektronnya yang tinggi, resistansi rendah, dan kepadatan arus yang tinggi. Faktanya, 4H-SiC bukan hanya material semikonduktor generasi ketiga dengan kinerja terbaik, tingkat komersialisasi tertinggi, dan teknologi paling matang, tetapi juga merupakan material pilihan untuk pembuatan perangkat semikonduktor daya dalam tekanan tinggi, suhu tinggi. suhu, dan lingkungan yang tahan radiasi.