Birinchidan, SiC kristalining tuzilishi va xususiyatlari.
SiC 1:1 nisbatda Si elementi va C elementi, ya'ni 50% kremniy (Si) va 50% uglerod (C) dan hosil bo'lgan ikkilik birikma bo'lib, uning asosiy tuzilish birligi SI-C tetraedridir.
Kremniy karbid tetraedr tuzilishining sxematik diagrammasi
Masalan, Si atomlari diametri katta, olmaga teng, C atomlari esa kichik diametrli, apelsinga teng va teng miqdordagi apelsin va olmalar yig‘ilib, SiC kristalini hosil qiladi.
SiC ikkilik birikma bo'lib, unda Si-Si bog'lanish atomlari oralig'i 3,89 A bo'lib, bu masofani qanday tushunish mumkin? Hozirgi vaqtda bozorda eng zo'r litografiya mashinasi 3 nm litografiya aniqligiga ega, bu 30A masofani tashkil etadi va litografiya aniqligi atom masofasidan 8 baravar ko'p.
Si-Si bog'lanish energiyasi 310 kJ/mol ni tashkil qiladi, shuning uchun siz bog'lanish energiyasi bu ikki atomni bir-biridan tortadigan kuch ekanligini tushunishingiz mumkin va bog'lanish energiyasi qanchalik katta bo'lsa, siz ajratishingiz kerak bo'lgan kuch shunchalik ko'p bo'ladi.
Masalan, Si atomlari diametri katta, olmaga teng, C atomlari esa kichik diametrli, apelsinga teng va teng miqdordagi apelsin va olmalar yig‘ilib, SiC kristalini hosil qiladi.
SiC ikkilik birikma bo'lib, unda Si-Si bog'lanish atomlari oralig'i 3,89 A bo'lib, bu masofani qanday tushunish mumkin? Hozirgi vaqtda bozorda eng zo'r litografiya mashinasi 3 nm litografiya aniqligiga ega, bu 30A masofani tashkil etadi va litografiya aniqligi atom masofasidan 8 baravar ko'p.
Si-Si bog'lanish energiyasi 310 kJ/mol ni tashkil qiladi, shuning uchun siz bog'lanish energiyasi bu ikki atomni bir-biridan tortadigan kuch ekanligini tushunishingiz mumkin va bog'lanish energiyasi qanchalik katta bo'lsa, siz ajratishingiz kerak bo'lgan kuch shunchalik ko'p bo'ladi.
Kremniy karbid tetraedr tuzilishining sxematik diagrammasi
Masalan, Si atomlari diametri katta, olmaga teng, C atomlari esa kichik diametrli, apelsinga teng va teng miqdordagi apelsin va olmalar yig‘ilib, SiC kristalini hosil qiladi.
SiC ikkilik birikma bo'lib, unda Si-Si bog'lanish atomlari oralig'i 3,89 A bo'lib, bu masofani qanday tushunish mumkin? Hozirgi vaqtda bozorda eng zo'r litografiya mashinasi 3 nm litografiya aniqligiga ega, bu 30A masofani tashkil etadi va litografiya aniqligi atom masofasidan 8 baravar ko'p.
Si-Si bog'lanish energiyasi 310 kJ/mol ni tashkil qiladi, shuning uchun siz bog'lanish energiyasi bu ikki atomni bir-biridan tortadigan kuch ekanligini tushunishingiz mumkin va bog'lanish energiyasi qanchalik katta bo'lsa, siz ajratishingiz kerak bo'lgan kuch shunchalik ko'p bo'ladi.
Masalan, Si atomlari diametri katta, olmaga teng, C atomlari esa kichik diametrli, apelsinga teng va teng miqdordagi apelsin va olmalar yig‘ilib, SiC kristalini hosil qiladi.
SiC ikkilik birikma bo'lib, unda Si-Si bog'lanish atomlari oralig'i 3,89 A bo'lib, bu masofani qanday tushunish mumkin? Hozirgi vaqtda bozorda eng zo'r litografiya mashinasi 3 nm litografiya aniqligiga ega, bu 30A masofani tashkil etadi va litografiya aniqligi atom masofasidan 8 baravar ko'p.
Si-Si bog'lanish energiyasi 310 kJ/mol ni tashkil qiladi, shuning uchun siz bog'lanish energiyasi bu ikki atomni bir-biridan tortadigan kuch ekanligini tushunishingiz mumkin va bog'lanish energiyasi qanchalik katta bo'lsa, siz ajratishingiz kerak bo'lgan kuch shunchalik ko'p bo'ladi.
Bizga ma'lumki, har bir modda atomlardan tashkil topgan va kristallning tuzilishi atomlarning muntazam joylashuvidan iborat bo'lib, u quyidagi kabi uzoq masofali tartib deb ataladi. Eng kichik kristall birlik hujayra deyiladi, agar hujayra kubik struktura bo'lsa, u yaqin o'ralgan kub, hujayra olti burchakli struktura bo'lsa, u yaqin o'ralgan olti burchakli deyiladi.
Keng tarqalgan SiC kristall turlariga 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC va boshqalar kiradi. Ularning c o'qi yo'nalishidagi stacking ketma-ketligi rasmda ko'rsatilgan.
Ular orasida 4H-SiC ning asosiy stacking ketma-ketligi ABCB...; 6H-SiC ning asosiy stacking ketma-ketligi ABCACB... ; 15R-SiC ning asosiy stacking ketma-ketligi ABCACBCABACABCB... hisoblanadi.
Buni uy qurish uchun g'isht sifatida ko'rish mumkin, uy g'ishtlarining ba'zilari ularni joylashtirishning uchta usuliga ega, ba'zilari ularni joylashtirishning to'rtta usuliga ega, ba'zilari oltita yo'lga ega.
Ushbu keng tarqalgan SiC kristalli turlarining asosiy hujayra parametrlari jadvalda ko'rsatilgan:
a, b, c va burchaklar nimani anglatadi? SiC yarimo'tkazgichdagi eng kichik birlik hujayraning tuzilishi quyidagicha tavsiflanadi:
Xuddi shu hujayra bo'lsa, kristall tuzilishi ham boshqacha bo'ladi, bu biz lotereyani sotib olganimizdek, yutuq raqami 1, 2, 3, siz 1, 2, 3 uchta raqamni sotib oldingiz, lekin raqam tartiblangan bo'lsa boshqacha, yutuq miqdori har xil, shuning uchun soni va bir xil kristall tartibi, bir xil kristall deb atash mumkin.
Quyidagi rasmda ikkita tipik stacking rejimi ko'rsatilgan, faqat yuqori atomlarning stacking rejimidagi farq, kristal tuzilishi boshqacha.
SiC dan hosil bo'lgan kristall strukturasi harorat bilan kuchli bog'liqdir. 1900 ~ 2000 ℃ yuqori harorat ta'sirida 3C-SiC zaif strukturaviy barqarorlik tufayli asta-sekin olti burchakli SiC poliformiga aylanadi, masalan, 6H-SiC. Aynan SiC polimorflarining hosil bo'lish ehtimoli va harorat va 3C-SiC ning beqarorligi o'rtasidagi kuchli bog'liqlik tufayli 3C-SiC ning o'sish tezligini yaxshilash qiyin va tayyorlash qiyin. 4H-SiC va 6H-SiC ning olti burchakli tizimi eng keng tarqalgan va tayyorlanishi osonroq bo'lib, o'ziga xos xususiyatlari tufayli keng o'rganiladi.
SiC kristalidagi SI-C bog'lanishining bog'lanish uzunligi atigi 1,89A ni tashkil qiladi, lekin bog'lanish energiyasi 4,53eV ga teng. Shuning uchun, bog'lanish holati va bog'lanishga qarshi holat o'rtasidagi energiya darajasining oralig'i juda katta va keng tarmoqli bo'shliq hosil bo'lishi mumkin, bu Si va GaAs dan bir necha barobar ko'pdir. Yuqori tarmoqli bo'shliq kengligi yuqori haroratli kristall strukturaning barqarorligini anglatadi. Bog'langan quvvat elektroniği yuqori haroratlarda barqaror ishlash xususiyatlarini va soddalashtirilgan issiqlik tarqalish tuzilishini amalga oshirishi mumkin.
Si-C aloqasining qattiq bog'lanishi panjarani yuqori tebranish chastotasiga, ya'ni yuqori energiyali fononga ega qiladi, ya'ni SiC kristalining yuqori to'yingan elektron harakatchanligi va issiqlik o'tkazuvchanligi va tegishli quvvatli elektron qurilmalari yuqori kommutatsiya tezligi va ishonchliligi, bu qurilmaning haddan tashqari haroratining ishdan chiqishi xavfini kamaytiradi. Bundan tashqari, SiC ning yuqori parchalanish maydoni kuchi unga yuqori doping kontsentratsiyasiga erishishga va kamroq qarshilikka ega bo'lishga imkon beradi.
Ikkinchidan, SiC kristalining rivojlanish tarixi
1905-yilda doktor Anri Moissan kraterda tabiiy SiC kristalini topdi, u olmosga o'xshardi va uni Mosan olmosi deb nomladi.
Darhaqiqat, 1885 yildayoq Acheson koksni kremniy oksidi bilan aralashtirib, elektr pechida qizdirish orqali SiC ni oldi. O'sha paytda odamlar uni olmos aralashmasi deb adashib, zumrad deb atashgan.
1892 yilda Acheson sintez jarayonini takomillashtirdi, u kvarts qumi, koks, oz miqdordagi yog'och chiplari va NaCl ni aralashtirdi va uni elektr kamon pechida 2700 ℃ ga qizdirdi va shilinib ketgan SiC kristallarini muvaffaqiyatli oldi. SiC kristallarini sintez qilishning bu usuli Acheson usuli sifatida tanilgan va hali ham sanoatda SiC abrazivlarini ishlab chiqarishning asosiy usuli hisoblanadi. Sintetik xom ashyoning past tozaligi va qo'pol sintez jarayoni tufayli Acheson usuli ko'proq SiC aralashmalari, yomon kristall yaxlitligi va kichik kristal diametrini ishlab chiqaradi, bu esa yarimo'tkazgich sanoatining katta o'lchamli, yuqori tozaligi va yuqori bo'lgan talablarini qondirish qiyin. -sifatli kristallar va elektron qurilmalar ishlab chiqarishda foydalanilmaydi.
Philips Laboratoriyasidan Lely 1955 yilda SiC monokristallarini etishtirishning yangi usulini taklif qildi. Bu usulda o'stirish idishi sifatida grafit tigel ishlatiladi, SiC kristallini etishtirish uchun xom ashyo sifatida SiC kukuni kristalli va izolyatsiyalash uchun g'ovakli grafit ishlatiladi. o'sib borayotgan xom ashyoning markazidan ichi bo'sh joy. O'sishda grafit tigel Ar yoki H2 atmosferasida 2500 ℃ ga qadar isitiladi va periferik SiC kukuni sublimatsiyalanadi va Si va C bug 'fazasi moddalariga parchalanadi va SiC kristalli gazdan keyin o'rta bo'shliqda o'stiriladi. oqim gözenekli grafit orqali uzatiladi.
Uchinchidan, SiC kristalli o'sish texnologiyasi
SiC ning monokristal o'sishi o'ziga xos xususiyatlari tufayli qiyin. Bu, asosan, atmosfera bosimida Si: C = 1: 1 ning stokiometrik nisbati bo'lgan suyuqlik fazasining yo'qligi va uni yarimo'tkazgichning hozirgi asosiy o'sish jarayoni tomonidan qo'llaniladigan etuk o'sish usullari bilan etishtirish mumkin emasligi bilan bog'liq. sanoat - cZ usuli, tushuvchi tigel usuli va boshqa usullar. Nazariy hisob-kitoblarga ko'ra, faqat bosim 10E5atm dan yuqori va harorat 3200 ℃ dan yuqori bo'lganda, Si: C = 1: 1 eritmasining stokiometrik nisbati olinishi mumkin. Ushbu muammoni bartaraf etish uchun olimlar yuqori kristalli sifatli, katta hajmli va arzon SiC kristallarini olishning turli usullarini taklif qilish uchun tinimsiz sa'y-harakatlarni amalga oshirdilar. Hozirgi vaqtda asosiy usullar PVT usuli, suyuq faza usuli va yuqori haroratli bug 'kimyoviy cho'kma usuli hisoblanadi.
Yuborilgan vaqt: 2024 yil 24-yanvar