Lehenik eta behin, SiC kristalaren egitura eta propietateak.
SiC Si elementuz eta C elementuz 1:1 proportzioan osatutako konposatu bitarra da, hau da, %50eko silizioa (Si) eta %50eko karbonoa (C), eta bere oinarrizko egitura-unitatea SI-C tetraedroa da.
Silizio karburoaren tetraedroaren egituraren eskema
Esate baterako, Si atomoek diametro handia dute, sagar baten baliokidea, eta C atomoek diametro txikia dute, laranja baten baliokidea, eta laranja eta sagar kopuru berdina pilatzen dira SiC kristala sortzeko.
SiC konposatu bitar bat da, zeinean Si-Si lotura atomoen tartea 3,89 A den, nola ulertu tarte hori? Gaur egun, merkatuan dagoen litografia-makina bikainenak 3nm-ko litografia-zehaztasuna du, hau da, 30A-ko distantzia, eta litografia-zehaztasuna distantzia atomikoarena baino 8 aldiz handiagoa da.
Si-Si lotura-energia 310 kJ/mol da, beraz, uler dezakezu lotura-energia bi atomo hauek urruntzen dituen indarra dela, eta zenbat eta handiagoa izan lotura-energia, orduan eta handiagoa izango da bereizteko behar duzun indarra.
Esate baterako, Si atomoek diametro handia dute, sagar baten baliokidea, eta C atomoek diametro txikia dute, laranja baten baliokidea, eta laranja eta sagar kopuru berdina pilatzen dira SiC kristala sortzeko.
SiC konposatu bitar bat da, zeinean Si-Si lotura atomoen tartea 3,89 A den, nola ulertu tarte hori? Gaur egun, merkatuan dagoen litografia-makina bikainenak 3nm-ko litografia-zehaztasuna du, hau da, 30A-ko distantzia, eta litografia-zehaztasuna distantzia atomikoarena baino 8 aldiz handiagoa da.
Si-Si lotura-energia 310 kJ/mol da, beraz, uler dezakezu lotura-energia bi atomo hauek urruntzen dituen indarra dela, eta zenbat eta handiagoa izan lotura-energia, orduan eta handiagoa izango da bereizteko behar duzun indarra.
Silizio karburoaren tetraedroaren egituraren eskema
Esate baterako, Si atomoek diametro handia dute, sagar baten baliokidea, eta C atomoek diametro txikia dute, laranja baten baliokidea, eta laranja eta sagar kopuru berdina pilatzen dira SiC kristala sortzeko.
SiC konposatu bitar bat da, zeinean Si-Si lotura atomoen tartea 3,89 A den, nola ulertu tarte hori? Gaur egun, merkatuan dagoen litografia-makina bikainenak 3nm-ko litografia-zehaztasuna du, hau da, 30A-ko distantzia, eta litografia-zehaztasuna distantzia atomikoarena baino 8 aldiz handiagoa da.
Si-Si lotura-energia 310 kJ/mol da, beraz, uler dezakezu lotura-energia bi atomo hauek urruntzen dituen indarra dela, eta zenbat eta handiagoa izan lotura-energia, orduan eta handiagoa izango da bereizteko behar duzun indarra.
Esate baterako, Si atomoek diametro handia dute, sagar baten baliokidea, eta C atomoek diametro txikia dute, laranja baten baliokidea, eta laranja eta sagar kopuru berdina pilatzen dira SiC kristala sortzeko.
SiC konposatu bitar bat da, zeinean Si-Si lotura atomoen tartea 3,89 A den, nola ulertu tarte hori? Gaur egun, merkatuan dagoen litografia-makina bikainenak 3nm-ko litografia-zehaztasuna du, hau da, 30A-ko distantzia, eta litografia-zehaztasuna distantzia atomikoarena baino 8 aldiz handiagoa da.
Si-Si lotura-energia 310 kJ/mol da, beraz, uler dezakezu lotura-energia bi atomo hauek urruntzen dituen indarra dela, eta zenbat eta handiagoa izan lotura-energia, orduan eta handiagoa izango da bereizteko behar duzun indarra.
Badakigu substantzia bakoitza atomoz osatuta dagoela, eta kristal baten egitura atomoen antolamendu erregular bat dela, hau da, irismen luzeko ordena deritzo, honako hau bezala. Kristal-unitate txikiena zelula deitzen da, zelula egitura kubikoa bada, itxitako kubikoa deitzen zaio eta zelula egitura hexagonala da, hexagonal itxia deitzen zaio.
SiC kristal mota arruntak 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC, etab. C ardatzaren norabidean duten pilaketa-sekuentzia irudian ageri da.
Horien artean, 4H-SiC-ren oinarrizko pilaketa-sekuentzia ABCB... da; 6H-SiC-ren oinarrizko pilaketa-sekuentzia ABCACB... da; 15R-SiC-ren oinarrizko pilaketa-sekuentzia ABCACBCABACABCB... da.
Hau etxe bat eraikitzeko adreilu gisa ikus daiteke, etxeetako adreilu batzuek hiru modu dituzte jartzeko, beste batzuek lau modu dituzte, beste batzuek sei modu dituzte.
SiC kristal mota arrunt hauen oinarrizko zelula-parametroak taulan agertzen dira:
Zer esan nahi dute a, b, c eta angeluak? SiC erdieroale bateko zelula unitate txikienaren egitura honela deskribatzen da:
Gelaxka beraren kasuan, kristalaren egitura ere desberdina izango da, hau loteria erosten dugun bezala da, zenbaki irabazlea 1, 2, 3 da, 1, 2, 3 hiru zenbaki erosi dituzu, baina zenbakia ordenatuta badago. bestela, irabazlearen zenbatekoa desberdina da, beraz, kristal beraren zenbakia eta ordena kristal bera dei daiteke.
Hurrengo irudiak bi pilaketa modu tipikoak erakusten ditu, goiko atomoen pilaketa moduaren aldea bakarrik, kristalaren egitura desberdina da.
SiC-k eratutako kristal-egitura oso lotuta dago tenperaturarekin. 1900 ~ 2000 ℃-ko tenperatura altuaren eraginez, 3C-SiC poliki-poliki SiC poliforma hexagonal bihurtuko da, hala nola 6H-SiC bezalako egitura-egonkortasun eskasa dela eta. Hain zuzen ere, SiC polimorfoen eta tenperaturaren eraketa probabilitatearen eta 3C-SiC beraren ezegonkortasunaren arteko korrelazio handia dela eta, 3C-SiC-ren hazkunde-tasa zaila da hobetzea eta prestatzea zaila da. 4H-SiC eta 6H-SiC sistema hexagonala ohikoena eta prestatzeko errazena da, eta asko aztertzen dira beren ezaugarriengatik.
SI-C loturaren luzera SiC kristalean 1,89A baino ez da, baina lotura-energia 4,53eV-koa da. Hori dela eta, lotura-egoeraren eta lotura-kontrako egoeraren arteko energia-maila-aldea oso handia da, eta banda-hutsune zabala sor daiteke, Si eta GaAs-ena baino hainbat aldiz. Banda hutsunearen zabalera handiagoak tenperatura altuko kristalaren egitura egonkorra dela esan nahi du. Elkartutako potentzia-elektronikak tenperatura altuetan funtzionamendu egonkorra eta beroa xahutzeko egitura sinplifikatuaren ezaugarriez jabetu daitezke.
Si-C lotura estuak sareak bibrazio-maiztasun handia izatea eragiten du, hau da, energia handiko fonoia, eta horrek esan nahi du SiC kristalak elektroien mugikortasun eta eroankortasun termiko saturatu handia duela, eta erlazionatutako potentzia-gailu elektronikoek kommutazio-abiadura eta fidagarritasun handiagoa, eta horrek gailuaren tenperatura gehiegizko porrotaren arriskua murrizten du. Gainera, SiC-ren matxura-eremuaren indar handiagoak dopin-kontzentrazio handiagoak lortzeko eta on-erresistentzia txikiagoa izatea ahalbidetzen du.
Bigarrenik, SiC kristalen garapenaren historia
1905ean, Henri Moissan doktoreak SiC kristal natural bat aurkitu zuen kraterrean, diamante baten antza zuela aurkitu zuen eta Mosan diamante izena jarri zion.
Izan ere, 1885ean jada, Achesonek SiC lortu zuen kokea silizearekin nahastuz eta labe elektriko batean berotuz. Garai hartan, jendeak diamanteen nahasketatzat hartzen zuen eta esmerila deitzen zioten.
1892an, Achesonek sintesi-prozesua hobetu zuen, kuartzozko harea, kokea, egur-txirbil kopuru txiki bat eta NaCl nahastu zituen eta arku elektrikoko labe batean berotu zuen 2700 ℃-ra, eta SiC kristal ezkatatsuak lortu zituen. SiC kristalak sintetizatzeko metodo hau Acheson metodoa bezala ezagutzen da eta industrian SiC urratzaileak ekoizteko metodo nagusia da oraindik. Lehengai sintetikoen garbitasun baxua eta sintesi prozesu zakarra dela eta, Acheson metodoak SiC ezpurutasun gehiago sortzen ditu, kristalen osotasun eskasa eta kristalen diametro txikia, eta hori zaila da erdieroaleen industriaren eskakizunak betetzea tamaina handiko, purutasun handiko eta altuetarako. -kalitatezko kristalak, eta ezin dira erabili gailu elektronikoak fabrikatzeko.
Philips Laborategiko Lely-k SiC kristal bakarrak hazteko metodo berri bat proposatu zuen 1955ean. Metodo honetan, grafitozko arragoa hazteko ontzi gisa erabiltzen da, SiC hauts kristala SiC kristala hazteko lehengai gisa eta grafito porotsua isolatzeko erabiltzen da. hazten den lehengaiaren erdigunetik hutsune bat. Hazten denean, grafitozko arragoa 2500 ℃-ra berotzen da Ar edo H2 atmosferapean, eta SiC hauts periferikoa sublimatu eta deskonposatzen da Si eta C lurrun faseko substantzietan, eta SiC kristala erdiko eskualde hutsean hazten da gasaren ondoren. fluxua grafito porotsuaren bidez transmititzen da.
Hirugarren, SiC kristal hazteko teknologia
SiC-ren kristal bakarreko hazkundea zaila da bere ezaugarriengatik. Hau da, batez ere, presio atmosferikoan Si: C = 1:1 erlazio estekiometrikoa duen fase likidorik ez dagoelako, eta ezin da hazi erdieroalearen egungo hazkunde-prozesu nagusiak erabiltzen dituen hazkuntza-metodo helduagoen bidez. industria - cZ metodoa, erorketa arragoa metodoa eta beste metodo batzuk. Kalkulu teorikoaren arabera, presioa 10E5atm baino handiagoa denean eta tenperatura 3200 ℃ baino handiagoa denean bakarrik, Si: C = 1:1 disoluzioaren erlazio estekiometrikoa lor daiteke. Arazo hori gainditzeko, zientzialariek etengabeko ahaleginak egin dituzte kristalen kalitate handiko, tamaina handiko eta SiC kristal merkeak lortzeko hainbat metodo proposatzeko. Gaur egun, metodo nagusiak PVT metodoa, fase likidoaren metodoa eta tenperatura altuko lurrun-deposizio kimiko metodoa dira.
Argitalpenaren ordua: 2024-01-24