Ⅳ一Ⅳ族化合物半导体材料(Ⅳ一Ⅳ compound semiconductor material)

由碳和硅构成的Ⅳ一Ⅳ族惟一的化合物半导体材料。碳化硅常见产品称金刚砂，分子量为40．097。通常用作磨料和耐火材料除存在于亚里桑那(Arizona)陨铁中的碳硅石外，在自然界尚未发现成矿。工业碳化硅常呈黑色、绿色或黄色，这是由于杂质存在造成的，纯净的碳化硅是无色透明的。碳化硅在半导体技术中的潜在应用引起了重视。

碳化硅具有多种结构，已知的就有近百种，但经常出现的晶体结构是2H(纤锌矿型)、3c(闪锌矿型)、4H、6H(晶体结构介于2H和3C之间)等。不同结构形式的碳化硅其半导体性质也是不同的。例如，在较低温度下制备的β—SiC的禁带宽度(Eg)在4．2K温度下为2．39eV，而在高温下制备的α—SiC的Eg(4．2K)为3．02eV。在1400℃以下生长的碳化硅具有2H型晶体结构，在1．400～1600℃下生长的碳化硅为3C型，在1600～2100℃下生长的碳化硅为4H型。而在2100℃以上生长的碳化硅则具有6H型晶体结构。表列出6H型碳化硅的半导体性质。6H型碳化硅的半导体性质.

在6H型碳化硅衬底上已成功地进行了6H型外延生长，然后形成pn结，作出了蓝色发光器件，p层和n层是掺铝和氮形成的。虽然此发光效率只有O．001％，但很有发展前途。由于碳化硅发光器件的发光频率很宽，通常认为它还可能作纯绿色的发光器件。

高频器件(如场效应晶体管)要求材料具有较大的μ(迁移率)、E。(速度达饱和时的电场强度)和Vm(饱和速度)，如GaAs、si、Ge等。碳化硅的E。=5×10⁶V／cm，Vm=2×10⁷cm／s，也较大，适合于制造高频器件，现正处于研究阶段，可望能达到实用。

另外，碳化硅有耐高温、化学稳定性好、对原子辐射有良好的抗阻性和有低的中子俘获截面等特点，这使它在航天技术的发展和在核反应堆中用作热敏元件等方面愈来愈受到重视。例如碳化硅整流管在500℃的环境下工作不成问题，而且耐辐射性能远远胜于硅二极管。

用于半导体器件的SiC多采用外延薄膜。气相外延、液相外延和分子束外延均可用于此目的。应用较为普遍的是化学气相输运法，同质外延选用6H—SiC衬底，异质外延选用(100)或(111)晶向的硅衬底。6H—Si(：薄膜是较理想的蓝色发光材料，并有望用于全色发光显示器件；3C—SiC／si有望用于异质结双极型器件，后者因其高电子迁移率(约1000cm²／(v•s))、宽能隙(2．2eV，300K)、高热稳定性和高饱和漂移速度，是非常理想的高温、高频、大功率器件用材料。为外延工艺提供衬底的单晶工艺多采用气相升华法。已有制成直径30mm、长40mm的6H—SiC单晶棒的报道。