Біріншіден, SiC кристалының құрылымы мен қасиеттері.
SiC – Si элементі мен С элементінен 1:1 қатынасында, яғни 50% кремний (Si) және 50% көміртек (С) түзетін екілік қосылыс, ал оның негізгі құрылымдық бірлігі SI-C тетраэдрі.
Кремний карбидінің тетраэдр құрылымының схемалық диаграммасы
Мысалы, Si атомдарының диаметрі үлкен, алмаға тең, ал С атомдары диаметрі кішкентай, апельсинге тең және бірдей мөлшерде апельсин мен алма жиналып, SiC кристалын құрайды.
SiC — екілік қосылыс, онда Si-Si байланысының атом аралығы 3,89 А, бұл аралықты қалай түсінуге болады?Қазіргі уақытта нарықтағы ең тамаша литографиялық машина 30А қашықтықты құрайтын 3 нм литография дәлдігіне ие, ал литография дәлдігі атомдық қашықтыққа қарағанда 8 есе.
Si-Si байланысының энергиясы 310 кДж/моль, сондықтан сіз байланыс энергиясы осы екі атомды бір-бірінен ажырататын күш екенін түсінуге болады, ал байланыс энергиясы неғұрлым көп болса, соғұрлым күшті ажырату қажет болады.
Мысалы, Si атомдарының диаметрі үлкен, алмаға тең, ал С атомдары диаметрі кішкентай, апельсинге тең және бірдей мөлшерде апельсин мен алма жиналып, SiC кристалын құрайды.
SiC — екілік қосылыс, онда Si-Si байланысының атом аралығы 3,89 А, бұл аралықты қалай түсінуге болады?Қазіргі уақытта нарықтағы ең тамаша литографиялық машина 30А қашықтықты құрайтын 3 нм литография дәлдігіне ие, ал литография дәлдігі атомдық қашықтыққа қарағанда 8 есе.
Si-Si байланысының энергиясы 310 кДж/моль, сондықтан сіз байланыс энергиясы осы екі атомды бір-бірінен ажырататын күш екенін түсінуге болады, ал байланыс энергиясы неғұрлым көп болса, соғұрлым күшті ажырату қажет болады.
Кремний карбидінің тетраэдр құрылымының схемалық диаграммасы
Мысалы, Si атомдарының диаметрі үлкен, алмаға тең, ал С атомдары диаметрі кішкентай, апельсинге тең және бірдей мөлшерде апельсин мен алма жиналып, SiC кристалын құрайды.
SiC — екілік қосылыс, онда Si-Si байланысының атом аралығы 3,89 А, бұл аралықты қалай түсінуге болады?Қазіргі уақытта нарықтағы ең тамаша литографиялық машина 30А қашықтықты құрайтын 3 нм литография дәлдігіне ие, ал литография дәлдігі атомдық қашықтыққа қарағанда 8 есе.
Si-Si байланысының энергиясы 310 кДж/моль, сондықтан сіз байланыс энергиясы осы екі атомды бір-бірінен ажырататын күш екенін түсінуге болады, ал байланыс энергиясы неғұрлым көп болса, соғұрлым күшті ажырату қажет болады.
Мысалы, Si атомдарының диаметрі үлкен, алмаға тең, ал С атомдары диаметрі кішкентай, апельсинге тең және бірдей мөлшерде апельсин мен алма жиналып, SiC кристалын құрайды.
SiC — екілік қосылыс, онда Si-Si байланысының атом аралығы 3,89 А, бұл аралықты қалай түсінуге болады?Қазіргі уақытта нарықтағы ең тамаша литографиялық машина 30А қашықтықты құрайтын 3 нм литография дәлдігіне ие, ал литография дәлдігі атомдық қашықтыққа қарағанда 8 есе.
Si-Si байланысының энергиясы 310 кДж/моль, сондықтан сіз байланыс энергиясы осы екі атомды бір-бірінен ажырататын күш екенін түсінуге болады, ал байланыс энергиясы неғұрлым көп болса, соғұрлым күшті ажырату қажет болады.
Әрбір зат атомдардан тұратынын білеміз, ал кристалдың құрылымы атомдардың бір қалыпты орналасуы болып табылады, оны төмендегідей ұзақ мерзімді реттілік деп атайды.Ең кіші кристалды бірлікті ұяшық деп атайды, егер ұяшық текше құрылым болса, оны тығыз орналасқан куб, ал ұяшық алтыбұрышты құрылым болса, оны тығыз орналасқан алтыбұрыш деп атайды.
Жалпы SiC кристалдарының түрлеріне 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC және т.б. жатады. Олардың с осі бағытында жинақталу реті суретте көрсетілген.
Олардың ішінде 4H-SiC негізгі жинақтау реті ABCB... болып табылады;6H-SiC негізгі жинақтау реті ABCACB... болып табылады;15R-SiC негізгі жинақтау реті ABCACBCABACABCB... болып табылады.
Мұны үй салуға арналған кірпіш деп қарауға болады, үй кірпіштерінің кейбіреулерінде үш түрлі, кейбіреулерінде төрт, кейбіреулерінде алты жол бар.
Осы кең таралған SiC кристалдарының негізгі ұяшық параметрлері кестеде көрсетілген:
a, b, c және бұрыштар нені білдіреді?SiC жартылай өткізгішіндегі ең кіші бірлік ұяшықтың құрылымы келесідей сипатталған:
Бір ұяшық жағдайында кристалдық құрылымы да әртүрлі болады, бұл біз лотерея сатып алған сияқты, ұтыс саны 1, 2, 3, сіз 1, 2, 3 үш нөмірді сатып алдыңыз, бірақ егер нөмір сұрыпталса басқаша, ұтыс сомасы әртүрлі, сондықтан бір кристалдың саны мен ретін бірдей кристал деп атауға болады.
Келесі суретте екі типтік қабаттасу режимі көрсетілген, тек жоғарғы атомдардың қабаттасу режиміндегі айырмашылық, кристалдық құрылымы әртүрлі.
SiC түзетін кристалдық құрылым температураға қатты байланысты.1900 ~ 2000 ℃ жоғары температураның әсерінен 3C-SiC оның құрылымдық тұрақтылығы нашар болғандықтан баяу 6H-SiC сияқты алтыбұрышты SiC полиформасына айналады.Дәл SiC полиморфтарының пайда болу ықтималдығы мен температура арасындағы күшті корреляция және 3C-SiC өзі тұрақсыздығынан 3C-SiC өсу жылдамдығын жақсарту қиын, ал дайындау қиын.4H-SiC және 6H-SiC алтыбұрышты жүйесі ең кең таралған және дайындалуы оңай және өзіндік ерекшеліктеріне байланысты кеңінен зерттеледі.
SiC кристалындағы SI-C байланысының ұзындығы небәрі 1,89А, бірақ байланыс энергиясы 4,53эВ жоғары.Сондықтан байланыс күйі мен антибайланыс күйі арасындағы энергетикалық деңгей алшақтығы өте үлкен және кең жолақ саңылауы пайда болуы мүмкін, ол Si және GaAs-тен бірнеше есе көп.Жолақ аралығының ені жоғары болуы жоғары температурадағы кристалдық құрылымның тұрақты екенін білдіреді.Қатысты қуат электроникасы жоғары температурада тұрақты жұмыс сипаттамаларын және жеңілдетілген жылуды тарату құрылымын жүзеге асыра алады.
Si-C байланысының тығыз байланысы торды жоғары тербеліс жиілігіне, яғни жоғары энергетикалық фононға ие етеді, бұл SiC кристалының қаныққан электрондардың қозғалғыштығы мен жылу өткізгіштігінің жоғары екенін білдіреді, ал тиісті қуатты электрондық құрылғыларда жоғары коммутация жылдамдығы мен сенімділігі, бұл құрылғының шамадан тыс температурасының істен шығу қаупін азайтады.Сонымен қатар, SiC-тің ыдырау өрісінің күштілігі жоғарырақ легирленген концентрацияға қол жеткізуге және төмен қарсылыққа ие болуға мүмкіндік береді.
Екіншіден, SiC кристалының даму тарихы
1905 жылы доктор Анри Мойсан кратерден табиғи SiC кристалын тапты, ол алмазға ұқсайтынын тауып, оны Мосан алмазы деп атады.
Шындығында, 1885 жылы Ачесон коксты кремнеземмен араластырып, электр пешінде қыздыру арқылы SiC алды.Ол кезде адамдар оны гауһар тастардың қоспасы деп түсініп, зімпара деп атаған.
1892 жылы Ачесон синтез процесін жетілдірді, ол кварц құмын, коксты, аздаған ағаш жоңқаларын және NaCl-ді араластырып, оны электр доғалы пешінде 2700 ° C дейін қыздырды және қабыршақты SiC кристалдарын сәтті алды.SiC кристалдарын синтездеудің бұл әдісі Ачесон әдісі ретінде белгілі және әлі күнге дейін өнеркәсіпте SiC абразивтерін өндірудің негізгі әдісі болып табылады.Синтетикалық шикізаттың тазалығының төмендігіне және синтез процесінің өрескел болуына байланысты, Ачесон әдісі SiC қоспаларын көбірек шығарады, кристалл тұтастығы нашар және кристалл диаметрі аз, бұл жартылай өткізгіш өнеркәсібінің үлкен өлшемді, жоғары тазалық және жоғары өнімділікке қойылатын талаптарын қанағаттандыру қиын. - сапалы кристалдар және электрондық құрылғыларды өндіру үшін пайдаланыла алмайды.
Philips зертханасының қызметкері Лели 1955 жылы SiC монокристалдарын өсірудің жаңа әдісін ұсынды. Бұл әдісте өсу ыдысы ретінде графит тигель, SiC кристалын өсіру үшін шикізат ретінде SiC ұнтақ кристалы, ал оқшаулау үшін кеуекті графит қолданылады. өсіп келе жатқан шикізаттың ортасынан қуыс алаң.Өсіру кезінде графит тигелі Ar немесе H2 атмосферасында 2500 ℃ дейін қызады, ал перифериялық SiC ұнтағы сублимацияланады және Si және C бу фазасы заттарына ыдырайды, ал SiC кристалы газдан кейінгі ортаңғы қуыс аймақта өсіріледі. ағыны кеуекті графит арқылы өтеді.
Үшіншіден, SiC кристалын өсіру технологиясы
SiC монокристалды өсуі өзіндік ерекшеліктеріне байланысты қиын.Бұл негізінен атмосфералық қысымда Si: C = 1:1 стехиометриялық қатынасы бар сұйық фазаның жоқтығына байланысты және оны жартылай өткізгіштің қазіргі негізгі өсу процесі қолданатын неғұрлым жетілген өсу әдістерімен өсіру мүмкін емес. салалық – cZ әдісі, құлдырау тигель әдісі және басқа әдістер.Теориялық есеп бойынша қысым 10E5атм-ден жоғары және температура 3200℃ жоғары болғанда ғана Si: C = 1:1 ерітіндісінің стехиометриялық қатынасын алуға болады.Бұл мәселені шешу үшін ғалымдар жоғары кристалды сапалы, үлкен өлшемді және арзан SiC кристалдарын алудың әртүрлі әдістерін ұсынуға тынымсыз күш салды.Қазіргі уақытта негізгі әдістер ПВТ әдісі, сұйық фазалық әдіс және жоғары температуралы будың химиялық тұндыру әдісі болып табылады.
Жіберу уақыты: 24 қаңтар 2024 ж