半導體SiC是由硅（Si）和碳（C）按1:1的化學(xué)計量比組成的晶體，屬于化合物半導體的一種。硅和碳都是IV族元素，每個(gè)原子都有4個(gè)共價(jià)鍵，硅和碳以四面體交替配位結合形成晶體。

一對Si原子和C原子組成基本結構單元，這些結構單元以最緊密堆積起來(lái)組成SiC晶體。SiC存在許多具有不同堆積順序的穩定晶體（晶體多型現象）。圖1顯示了由Si原子和C原子組成的基本結構單元平鋪成平面，并以最緊密的方式堆積的情況。當在每個(gè)平面結構上堆積其他平面結構時(shí)，有兩種可能的堆積順序（可在A(yíng)平面上的B點(diǎn)或C點(diǎn)堆積）。SiC存在多種可能的堆積順序，因此存在具有不同堆積結構的晶體。并且堆積順序的不同導致的能量差異相對較小。

圖1：平面排列的Si-C基本結構單元，以及在其上堆積結構單元時(shí)的位置

代表性的SiC晶體多型有3C型、4H型和6H型等。這里的數字表示沿著(zhù)堆積方向一周期內的碳硅雙原子層數，C代表立方晶系（cubic），H代表六方晶系（hexagonal）。SiC晶體制造過(guò)程中，由于溫度等條件的不同，決定所形成的多型體。4H型SiC的堆積順序如圖2所示，表1總結了各種多型體的堆積順序。

表1：SiC各種多型體的堆積順序

SiC具有間接躍遷型能帶結構，并且不同多型體具有不同的禁帶寬度。例如，以4H型SiC為例，其禁帶寬度為3.26eV，是Si的大約3倍。順便說(shuō)一下，可見(jiàn)光的能量范圍是1.7eV～3.3eV，高純度的4H型SiC晶體對可見(jiàn)光是透明的。為什么用于器件制造的SiC晶體會(huì )呈現出黃色或綠色？高濃度n型摻雜SiC晶體在導帶中存在大量載流子（電子），由于能帶結構的原因，它們會(huì )吸收特定能量的可見(jiàn)光。

半導體的禁帶寬度通常會(huì )隨著(zhù)原子間距的減小而增大。例如，SiC的禁帶寬度大于Si（1.1eV），小于C（金剛石）（5.5eV）。此外，GaN的原子間距離（0.192nm）和SiC的原子間距離（0.189nm）相近，因此兩者的禁帶寬度也接近（GaN為3.4eV）。禁帶寬度大意味著(zhù)電子激發(fā)從價(jià)帶到導帶所需的能量大，換言之，導致功率器件發(fā)生耐壓擊穿的電場(chǎng)更大。因此，與功率器件的主流材料Si相比，SiC具有耐高壓的特性，是功率器件的理想選擇。表2列出了SiC的各種多型體的禁帶寬度。

表2：SiC不同多型體的禁帶寬度

在現存的穩定多型體中，用于電力轉換的功率器件通常采用4H型SiC，其擊穿電場(chǎng)強度大、各向異性小。目前市場(chǎng)上用于功率器件的SiC襯底幾乎全部采用n型導電的4H型結構，在偏離（0001）面4°制造器件。

在SiC晶體內部，有時(shí)會(huì )存在局部Si-C層的堆積順序發(fā)生晶體缺陷（堆垛層錯）。當堆積順序改變時(shí)，導帶和價(jià)帶的能級也會(huì )發(fā)生變化。例如，在4H型SiC中，如果部分區域出現其他堆積順序，該區域的禁帶寬度將小于周?chē)鷧^域，從而形成矩形勢阱（圖3）。當雙極性電流通過(guò)時(shí)，載流子（電子、空穴）會(huì )被捕獲，從而影響SiC器件的導電性（例如增加導通電阻等）。在制造器件時(shí)，必須考慮到這一點(diǎn)。三菱電機通過(guò)各種測試和獨特的器件結構設計來(lái)應對這一問(wèn)題。