不同碳化硅晶面帶來新的可能！

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。

1. 4H-SiC和6H-SiC的空間群都是P63mc，點群是6mm，都屬于六方晶系，具有各向異性。

2. 3C-SiC的空間群是F-43m，點群是-43m，屬于立方晶系，不具有各向異性。

3. 15R-SiC的空間群是R3m，點群是3m，屬于三方晶系，具有各向異性。

更進一步，6mm、3m屬于10個極性點群（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，同一方向的正負面都會有性能的區別。

對于各向異性的表示，會直接體現在不同晶面具有不同的性質。在晶體中，不同晶面是通過晶面指數的差異來表示的。晶面指數也叫做米勒指數，為（hkl）。

具體表示方法為：建立晶體的坐標系，這個晶面與坐標軸的截距會是a、b、c，接著取截距的倒數1/a、1/b、1/c，化簡成最簡單的整數比就是（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比。

對于各向異性的應用有很多。

不同方向的籽晶的生長性質有很大的差別。以晶面（0001）為基準，偏轉一定角度（臺階流）的晶片更易于生長碳化硅。

電學性質上也會有很大的差別。比如利用晶面（0-33-8）來制備SiC MOSFET，這是因為由于其較低的界面態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，當采用10^18/cm3的摻雜濃度時，可實現60cm2V-1s-1的高溝道遷移率，以及高達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。

運用該性質，日本住友電氣工業有限公司為SiC MOSFET開發了一種新的結構。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為a、c。晶面（h1k1l1）（h2k2l2）的計算方法如下：

生產該器件的關鍵是使用化學刻蝕工藝來形成V形溝槽。使用二氧化硅作為刻蝕掩模，并在約900℃的氯氣環境中進行刻蝕。

1. 不刻蝕的表面先氧化為二氧化硅；

2. 氯氣與表面碳化硅產生化學反應，使其轉化為碳，然后再與氧反應生成二氧化碳；

3. 生成的氯化硅和二氧化碳在高溫下揮發，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形溝槽的常規方法，但是將會導致刻蝕損傷和子溝槽的形成。

通過掃描電子顯微鏡的圖像，可以看到化學刻蝕獲得了高質量的晶面。

來源：參考文獻：更好晶面的 SiC MOSFET，文稿來源：Rad聊碳化硅，圖片來源：拍信網，版權歸作者所有，僅代表作者個人觀點，如有侵權，請聯系刪除，謝謝！