碳化硅是一种具有高温稳定性、高硬度、高导热性、高能隙、高辐射抗性、高电子迁移率等优良性能的材料,因此,在高温、高频电子器件和光电器件领域得到广泛应用。
电子迁移率实际上是指材料中载流子在外加电场作用下的迁移速度表现,如果迁移速度越快,就可以说该材料的电子迁移率越高。碳化硅的电子迁移率较高,是其作为半导体材料应用的一个重要指标。
碳化硅的高电子迁移率与其晶格结构特点有关。其结构可以分为六方和立方两种,六方结构的硅碳键比较紧密,一般电子迁移率较高,而立方结构的硅碳键较稀疏,电子迁移率会相对较低。
同时,在六方结构的碳化硅中,取向为0001的层平面要比其他方向的层平面具有更高的电子迁移率,这是因为在这个方向上,迁移方向与晶格中的化学键方向相同,电子传输更加顺畅。
晶界和缺陷是影响材料电子迁移率的重要因素之一。在碳化硅中,由于材料制备过程中难以避免的缺陷和杂质,会形成大量的缺陷和晶界,对电子迁移率产生一定的影响。
一般来说,碳化硅中的晶界和缺陷都会导致局部的电阻率增加,从而降低电子迁移率。但是一些研究表明,碳化硅的晶界和缺陷中的一些微观结构和缺陷态能够对电子迁移产生“局部场增强”作用,提高电子传输的速率,甚至在一些特定的情况下,具有比理想晶体还更高的电子迁移率。
应变和掺杂也会对碳化硅的电子迁移率产生一定的影响。站在材料微观结构的角度上来看,碳化硅中的Si-C键具有很高的键能,很强的键键作用力。当晶体产生应变时,Si-C键的键长和键角会发生改变,电子的迁移能力也会受到影响。
同时,掺杂也是碳化硅中影响电子迁移率的重要因素之一。通常来说,n型掺杂会提高硅和碳的替代原子之间的电子传输速率,从而提高电子迁移率;而p型掺杂则有可能出现“电子捕获现象”,降低电子迁移率。