Framställning och polytyper
SiC har utnyttjats som halvledare i många år, mest i likriktare, men det är svårt att åstadkomma hög materialkvalitet. Det rör sig om en så kallad sammansatt halvledare, bestående av kisel och kol, som är mycket svårare att framställa i defektfri form än kisel. Smältpunkten är mycket hög (kisel smälter vid 1 414 grader, kontra SiC 2 730 grader), vilket ökar svårighetsgraden.
Material av lämplig renhet visades först 1987 när forskare från North Carolina State University bildade företaget Cree (numera Wolfspeed) och började tillverka högkvalitativt material som det gick att göra halvledarskivor (wafers) av. NCSU kommer igen längre ned.
Man kan inte använda Czochralski-processen som med kisel utan man använder sig av sublimeringstillväxt, som arbetar betydligt långsammare och ger defekter. KTH har följt utvecklingen sedan 1990 och vi är förvånade över hur fort utvecklingen av högkvalitativt material ändå gått. Idag kan man köpa skivor om 150 millimeter i diameter och som är hyfsat defektfria. Inte alls lika bra som kisel, men ändå.
Numera finns det tillverkare i både Sverige, övriga Europa och Japan, vilket gjort marknaden konkurrensutsatt – SiC har övergått till kommersiell tillverkning. En skiva med 100 mm diameter kostar normalt 1 500 dollar. På detta vill man ha specialskikt, epitaxi, vilket kostar ytterligare ett hundratal dollar. I slutänden kostar skivan cirka 2 000–3 000 dollar. Det är cirka 100 gånger mer än en kiselskiva, men priserna är på väg ned.
För närvarande är SiC inte konkurrenskraftigt i nätaggregat för PC utan materialet utmärker sig främst vid spänningar på 2,2 kV och däröver. Under denna spänning dominerar kisel fortfarande. Tyvärr är det marknaden som bestämmer och marknaden är konservativ. Man ändrar inte switchfrekvens i onödan, man använder sig inte gärna av hetare komponenter och därför går införandet av SiC långsamt.
De tre polytyperna
SiC-halvledare kan tillverkas av tre polytyper, tre olika kristallvarianter, där molekylerna staplat sig på olika sätt. Den som är mest aktuell kallas för 4H. Den är mycket lämplig som halvledare och har bra isotropa egenskaper, alltså att strömmen går lika bra i alla riktningar i kristallen. Den andra typen, 6H är nästan lika bra men har större anisotropi, det vill säga att strömmen går bättre i vissa riktningar.
Det kan röra sig om resistansskillnader på tio gånger i olika riktningar, vilket är olämpligt för krafthalvledare. Den tredje typen kallas 3C och passar bra ihop med kisel och kan gros på kiselsubstrat, men ger något sämre kvalitet. 3C kan dock passa bra i sensorfunktioner där övrig elektronik är integrerad i kislet.
Kisel och SiC är så lika vad gäller efterbehandling att KTH kan använda samma maskinpark för kisel och SiC. Man använder bara lite olika recept vidd tillagningen, håller högre temperatur och högre energier i plasmat vid etsning, vilket borgar för att kretstillverkningen vid KTH kan bli väldigt högkvalitativ.
