不同碳化硅晶面带来新的可能

对于非立方晶系的晶体，本身具有各向异性——不同的方向具有不同的性能。

1. 4H-SiC和6H-SiC的空间群都是P63mc，点群是6mm，都属于六方晶系，具有各向异性。
2. 3C-SiC的空间群是F-43m，点群是-43m，属于立方晶系，不具有各向异性。
3. 15R-SiC的空间群是R3m，点群是3m，属于三方晶系，具有各向异性。

更进一步，6mm、3m属于10个极性点群（1，2，3，4，6；m，3m；mm2，4mm，6mm）中的一个，所以4H-SiC、6H-SiC、15R-SiC是极性晶体。所谓极性晶体，是指一块晶体中至少有一个方向与其相反方向具有不同的性能，可以是电性能（热电性能、铁电性能）、生长性能等。也就是，同一方向的正负面都会有性能的区别——这个在极性面一文中已有阐述。

对于各向异性的表示，会直接体现在不同晶面具有不同的性质。在晶体中，不同晶面是通过晶面指数的差异来表示的。晶面指数也叫做米勒指数，为（hkl）。具体表示方法为：建立晶体的坐标系，这个晶面与坐标轴的截距会是a、b、c，接着取截距的倒数1/a、1/b、1/c，化简成最简单的整数比就是（hkl）。对于三方和六方晶系的晶体，（hkl）=（hkil），i=-h-k。但是，根据晶体的对称性，会有一系列晶面是相同的。比如说，（100）与（200）这些只是没有化为最简整数比。

对于各向异性的应用有很多。

不同方向的籽晶的生长性质有很大的差别。以晶面（0001）为基准，偏转一定角度（台阶流）的晶片更易于生长碳化硅。

电学性质上也会有很大的差别。比如利用晶面（0-33-8）来制备SiC MOSFET，这是因为由于其较低的界面态密度和较高的自由电子比，使得该面在所有掺杂浓度下的沟道迁移率最高。如图所示，当采用10^18/cm3的掺杂浓度时，可实现60cm2V-1s-1的高沟道迁移率，以及高达4V的阈值电压——该电压足以抑制高温下的误启动，比（0001）晶面高。

运用该性质，日本住友电气工业有限公司为SiC MOSFET开发了一种新的结构。它具有V型沟槽，使用（0-33-8）晶面，由此具有更高迁移率的性能。

4H-SiC的（0-33-8）晶面与（0001）面成54.7度的偏角。

三方和六方晶系的晶胞参数为a、c。晶面（h1k1l1）（h2k2l2）的计算方法如下：

生产该器件的关键是使用化学刻蚀工艺来形成V形沟槽。使用二氧化硅作为刻蚀掩模，并在约900℃的氯气环境中进行刻蚀。

1. 不刻蚀的表面先氧化为二氧化硅；
2. 氯气与表面碳化硅产生化学反应，使其转化为碳，然后再与氧反应生成二氧化碳；
3. 生成的氯化硅和二氧化碳在高温下挥发，将（0-33-8）晶面暴露出来。

注意，不能使用离子刻蚀，尽管离子刻蚀是形成U形沟槽的常规方法，但是将会导致刻蚀损伤和子沟槽的形成。

通过扫描电子显微镜的图像，可以看到化学刻蚀获得了高质量的晶面。

参考文献

更好晶面的 SiC MOSFET

来源：Rad聊碳化硅