Po pierwsze, struktura i właściwości kryształu SiC.
SiC jest związkiem binarnym utworzonym przez pierwiastek Si i pierwiastek C w stosunku 1:1, czyli 50% krzemu (Si) i 50% węgla (C), a jego podstawową jednostką strukturalną jest czworościan SI-C.
Schematyczny diagram struktury czworościanu węglika krzemu
Na przykład atomy Si mają dużą średnicę, odpowiadającą jabłku, a atomy C mają małą średnicę, odpowiadającą pomarańczy, a równa liczba pomarańczy i jabłek jest ułożona w stos, tworząc kryształ SiC.
SiC to związek binarny, w którym odstęp między atomami wiązania Si-Si wynosi 3,89 A. Jak rozumieć ten odstęp?Obecnie najdoskonalsza maszyna litograficzna na rynku ma dokładność litograficzną 3 nm, co stanowi odległość 30 A, a dokładność litograficzna jest 8 razy większa niż odległość atomowa.
Energia wiązania Si-Si wynosi 310 kJ/mol, więc można zrozumieć, że energia wiązania to siła, która oddziela te dwa atomy, a im większa jest energia wiązania, tym większa siła jest potrzebna do rozerwania.
Na przykład atomy Si mają dużą średnicę, odpowiadającą jabłku, a atomy C mają małą średnicę, odpowiadającą pomarańczy, a równa liczba pomarańczy i jabłek jest ułożona w stos, tworząc kryształ SiC.
SiC to związek binarny, w którym odstęp między atomami wiązania Si-Si wynosi 3,89 A. Jak rozumieć ten odstęp?Obecnie najdoskonalsza maszyna litograficzna na rynku ma dokładność litograficzną 3 nm, co stanowi odległość 30 A, a dokładność litograficzna jest 8 razy większa niż odległość atomowa.
Energia wiązania Si-Si wynosi 310 kJ/mol, więc można zrozumieć, że energia wiązania to siła, która oddziela te dwa atomy, a im większa jest energia wiązania, tym większa siła jest potrzebna do rozerwania.
Schematyczny diagram struktury czworościanu węglika krzemu
Na przykład atomy Si mają dużą średnicę, odpowiadającą jabłku, a atomy C mają małą średnicę, odpowiadającą pomarańczy, a równa liczba pomarańczy i jabłek jest ułożona w stos, tworząc kryształ SiC.
SiC to związek binarny, w którym odstęp między atomami wiązania Si-Si wynosi 3,89 A. Jak rozumieć ten odstęp?Obecnie najdoskonalsza maszyna litograficzna na rynku ma dokładność litograficzną 3 nm, co stanowi odległość 30 A, a dokładność litograficzna jest 8 razy większa niż odległość atomowa.
Energia wiązania Si-Si wynosi 310 kJ/mol, więc można zrozumieć, że energia wiązania to siła, która oddziela te dwa atomy, a im większa jest energia wiązania, tym większa siła jest potrzebna do rozerwania.
Na przykład atomy Si mają dużą średnicę, odpowiadającą jabłku, a atomy C mają małą średnicę, odpowiadającą pomarańczy, a równa liczba pomarańczy i jabłek jest ułożona w stos, tworząc kryształ SiC.
SiC to związek binarny, w którym odstęp między atomami wiązania Si-Si wynosi 3,89 A. Jak rozumieć ten odstęp?Obecnie najdoskonalsza maszyna litograficzna na rynku ma dokładność litograficzną 3 nm, co stanowi odległość 30 A, a dokładność litograficzna jest 8 razy większa niż odległość atomowa.
Energia wiązania Si-Si wynosi 310 kJ/mol, więc można zrozumieć, że energia wiązania to siła, która oddziela te dwa atomy, a im większa jest energia wiązania, tym większa siła jest potrzebna do rozerwania.
Wiemy, że każda substancja składa się z atomów, a struktura kryształu to regularny układ atomów, który nazywa się porządkiem dalekiego zasięgu, jak poniżej.Najmniejsza jednostka kryształu nazywana jest komórką, jeśli komórka ma strukturę sześcienną, nazywa się ją sześcienną o gęstym upakowaniu, a komórka jest strukturą sześciokątną, nazywa się ją sześciokątną o gęstym upakowaniu.
Typowe typy kryształów SiC obejmują 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC itp. Ich kolejność układania w kierunku osi c pokazano na rysunku.
Wśród nich podstawowa sekwencja układania 4H-SiC to ABCB...;Podstawowa sekwencja układania 6H-SiC to ABCACB...;Podstawowa kolejność układania 15R-SiC to ABCACBCABACABCB... .
Można to postrzegać jako cegłę do budowy domu. Niektóre cegły domowe można układać na trzy sposoby, inne na cztery sposoby, a jeszcze inne na sześć.
Podstawowe parametry ogniw tych popularnych typów kryształów SiC przedstawiono w tabeli:
Co oznaczają a, b, c i kąty?Strukturę najmniejszej komórki elementarnej w półprzewodniku SiC opisano w następujący sposób:
W przypadku tej samej komórki struktura kryształu również będzie inna, to tak jakbyśmy kupowali na loterii, zwycięska liczba to 1, 2, 3, kupiłeś 1, 2, 3 trzy liczby, ale jeśli liczba jest posortowana inaczej, wygrywająca kwota jest inna, więc liczbę i kolejność tego samego kryształu można nazwać tym samym kryształem.
Poniższy rysunek pokazuje dwa typowe tryby układania, jedynie różnicę w trybie układania górnych atomów, struktura kryształu jest inna.
Struktura krystaliczna utworzona przez SiC jest silnie powiązana z temperaturą.Pod wpływem wysokiej temperatury 1900 ~ 2000 ℃ 3C-SiC będzie powoli przekształcać się w sześciokątny poliform SiC, taki jak 6H-SiC, ze względu na słabą stabilność strukturalną.Właśnie ze względu na silną korelację między prawdopodobieństwem powstania polimorfów SiC i temperaturą oraz niestabilnością samego 3C-SiC, trudno jest poprawić tempo wzrostu 3C-SiC, a jego przygotowanie jest trudne.Sześciokątne układy 4H-SiC i 6H-SiC są najpopularniejsze i łatwiejsze w przygotowaniu oraz są szeroko badane ze względu na ich własne cechy.
Długość wiązania SI-C w krysztale SiC wynosi tylko 1,89A, ale energia wiązania sięga aż 4,53eV.Dlatego różnica poziomów energii między stanem wiążącym a stanem przeciw wiązaniu jest bardzo duża i może powstać szerokie pasmo wzbronione, kilkakrotnie większe niż w przypadku Si i GaAs.Większa szerokość pasma wzbronionego oznacza, że struktura kryształu w wysokiej temperaturze jest stabilna.Powiązana elektronika mocy może realizować charakterystykę stabilnej pracy w wysokich temperaturach i uproszczoną strukturę rozpraszania ciepła.
Ścisłe wiązanie wiązania Si-C powoduje, że siatka ma wysoką częstotliwość drgań, czyli fonon o wysokiej energii, co oznacza, że kryształ SiC ma wysoką ruchliwość elektronów w stanie nasycenia i przewodność cieplną, a powiązane z nim urządzenia energoelektroniczne mają większa szybkość przełączania i niezawodność, co zmniejsza ryzyko awarii urządzenia spowodowanej przegrzaniem.Ponadto wyższe natężenie pola przebicia SiC pozwala na osiągnięcie wyższych stężeń domieszki i mniejszą odporność na włączenie.
Po drugie, historia rozwoju kryształów SiC
W 1905 roku dr Henri Moissan odkrył w kraterze naturalny kryształ SiC, który według niego przypominał diament i nazwał go diamentem Mosan.
W rzeczywistości już w 1885 roku Acheson uzyskał SiC poprzez zmieszanie koksu z krzemionką i ogrzewanie go w piecu elektrycznym.W tamtym czasie ludzie mylili go z mieszanką diamentów i nazywali go szmerglem.
W 1892 roku Acheson udoskonalił proces syntezy, zmieszał piasek kwarcowy, koks, niewielką ilość zrębków drzewnych i NaCl i podgrzał go w elektrycznym piecu łukowym do 2700℃, uzyskując z powodzeniem łuszczące się kryształy SiC.Ta metoda syntezy kryształów SiC znana jest jako metoda Achesona i nadal jest główną metodą wytwarzania materiałów ściernych SiC w przemyśle.Ze względu na niską czystość surowców syntetycznych i szorstki proces syntezy, metoda Achesona wytwarza więcej zanieczyszczeń SiC, słabą integralność kryształów i małą średnicę kryształów, co jest trudne do spełnienia wymagań przemysłu półprzewodników w przypadku dużych rozmiarów, wysokiej czystości i wysokiej -jakościowe kryształy i nie można ich używać do produkcji urządzeń elektronicznych.
Laboratorium Lely of Philips zaproponowało nową metodę hodowli monokryształów SiC w 1955 r. W tej metodzie tygiel grafitowy służy jako naczynie wzrostowe, sproszkowany kryształ SiC służy jako surowiec do hodowli kryształów SiC, a porowaty grafit służy do izolacji pusty obszar od środka rosnącego surowca.Podczas wzrostu tygiel grafitowy podgrzewa się do 2500 ℃ w atmosferze Ar lub H2, a peryferyjny proszek SiC sublimuje i rozkłada na substancje w fazie gazowej Si i C, a kryształ SiC hoduje się w środkowym pustym obszarze za gazem przepływ przepływa przez porowaty grafit.
Po trzecie, technologia wzrostu kryształów SiC
Wzrost monokryształu SiC jest trudny ze względu na jego własne właściwości.Wynika to głównie z faktu, że nie ma fazy ciekłej o stechiometrycznym stosunku Si:C = 1:1 pod ciśnieniem atmosferycznym i nie można jej hodować bardziej dojrzałymi metodami wzrostu stosowanymi w obecnym głównym procesie wzrostu półprzewodników przemysł - metoda CZ, metoda tygla opadającego i inne metody.Zgodnie z obliczeniami teoretycznymi, dopiero przy ciśnieniu większym niż 10E5atm i temperaturze wyższej niż 3200℃ można otrzymać stechiometryczny stosunek roztworu Si:C = 1:1.Aby przezwyciężyć ten problem, naukowcy nieustannie podejmowali wysiłki, aby zaproponować różne metody uzyskiwania kryształów o wysokiej jakości, dużych rozmiarach i tanich kryształach SiC.Obecnie głównymi metodami są metoda PVT, metoda fazy ciekłej i metoda chemicznego osadzania z fazy gazowej w wysokiej temperaturze.
Czas publikacji: 24 stycznia 2024 r