沈阳科研院碳化硅

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沈阳科研院碳化硅碳化硅晶体为间接禁带半导体,具有很多优点,像带隙宽,击穿电场高,抗高辐射及发射蓝光的能力,化学稳定性高,并且热导率很高。具体说来,碳化硅晶体带隙宽有利于器件在高达以上的高温下工作,击穿电场高可使器件具备高功率、高压的工作性能;介电常数低和饱和电子漂移速率高有利于使器件在高频和高速的情况下工作。碳化硅晶体可用来作为发光二极管芯片的衬底,并且在微电子机械系统领域也得到了十分广泛的应用。在抗辐射方面和较高温环境下,像卫星、航空发动机、汽车发动机、航天探测、地热和石油钻井勘探等许多领域,碳化硅器件都发挥着十分重要的作用。在碳化硅晶体中,原子排列的疏密程度和周期性沿晶格的不同方向有很大的不同,由此导致晶体在不同方向上的热导率具有很强的各向异性,传统的热物性测量手段很难实现各向异性材料各个方向热物性的同时精确测量。因此,正确测量碳化硅晶体各方向的热导率对于分析和设计热管理系统及微型电子装置都具有十分重要的意义。

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沈阳科研院碳化硅晶体生长模型化及数值模拟研究主要针对晶体生长过程中的流体流动、传热传质、应力分布、掺杂分布以及缺陷形成等现象建立物理数学模型并进行数值模拟。强化这一领域的研究是快速提升我国晶体生长的研究水平、缩小与国外在半导体材料等方面差距的有效途径。中科院力学所陈启生研究员领导的研究小组,发展了关于物理气相输运法生长碳化硅的动力学理论模型,提出碳化硅的生长速率与生长界面碳化硅蒸汽的过饱和度成正比;碳化硅蒸汽的输运由扩散作用和固体物质膨胀性升华所产生的对流这两种机制共同支配;从源到籽晶的碳化硅压降克服了组分对流扩散所产生的阻力及层的阻力。研究小组以之为基础进行了英寸晶体生长过程的模型化研究,模拟了具有复杂几何形状及多部件的整体系统中的磁场及温度场,研究了生长炉内与晶体生长动力学耦合的蒸汽流动问题,发现感应加热频率对温度分布及生长速率具有较大的影响,并成功预测了生长速度及晶体界面形状随轴向温度梯度及惰性气体压力的函数。