Struktur û teknolojiya mezinbûna karbîdê silicon (Ⅰ)

Pêşîn, avahî û taybetmendiyên krîstalê SiC.

SiC pêkhateyek binar e ku ji hêmanên Si û hêmanên C bi rêjeya 1:1 pêk tê, ango %50 silicon (Si) û 50% karbon (C), û yekeya wê ya bingehîn SI-C tetrahedron e.

Diagrama şematîkî ya avahiya çargoşeya karbîd a silicon

 Mînakî, atomên Si bi pîvana mezin in, bi qasî sêvê, û atomên C-yê piçûk in, bi qasî porteqalekê ne, û jimarek wekhev porteqal û sêv li hev kom dibin û krîstalek SiC çêdikin.

SiC Têkiliyek binar e, ku tê de ferqa atomê girêdana Si-Si 3,89 A ye, meriv çawa vê dûrbûnê fam dike?Heya nuha, makîneya lîtografî ya herî hêja ya li sûkê xwedan rastbûna lîtografî ya 3nm e, ku dûrahiya 30A ye, û rastbûna lîtografî 8 carî ji dûrahiya atomê ye.

Enerjiya girêdana Si-Si 310 kJ/mol e, ji ber vê yekê hûn dikarin fêm bikin ku enerjiya girêdanê ew hêz e ku van her du atoman ji hev vediqetîne, û her ku enerjiya girêdanê mezintir bibe, ew qas hêza ku hûn hewce ne ku ji hev derxin mezintir dibe.

 Mînakî, atomên Si bi pîvana mezin in, bi qasî sêvê, û atomên C-yê piçûk in, bi qasî porteqalekê ne, û jimarek wekhev porteqal û sêv li hev kom dibin û krîstalek SiC çêdikin.

SiC Têkiliyek binar e, ku tê de ferqa atomê girêdana Si-Si 3,89 A ye, meriv çawa vê dûrbûnê fam dike?Heya nuha, makîneya lîtografî ya herî hêja ya li sûkê xwedan rastbûna lîtografî ya 3nm e, ku dûrahiya 30A ye, û rastbûna lîtografî 8 carî ji dûrahiya atomê ye.

Enerjiya girêdana Si-Si 310 kJ/mol e, ji ber vê yekê hûn dikarin fêm bikin ku enerjiya girêdanê ew hêz e ku van her du atoman ji hev vediqetîne, û her ku enerjiya girêdanê mezintir bibe, ew qas hêza ku hûn hewce ne ku ji hev derxin mezintir dibe.

Diagrama şematîkî ya avahiya çargoşeya karbîd a silicon

 Mînakî, atomên Si bi pîvana mezin in, bi qasî sêvê, û atomên C-yê piçûk in, bi qasî porteqalekê ne, û jimarek wekhev porteqal û sêv li hev kom dibin û krîstalek SiC çêdikin.

SiC Têkiliyek binar e, ku tê de ferqa atomê girêdana Si-Si 3,89 A ye, meriv çawa vê dûrbûnê fam dike?Heya nuha, makîneya lîtografî ya herî hêja ya li sûkê xwedan rastbûna lîtografî ya 3nm e, ku dûrahiya 30A ye, û rastbûna lîtografî 8 carî ji dûrahiya atomê ye.

Enerjiya girêdana Si-Si 310 kJ/mol e, ji ber vê yekê hûn dikarin fêm bikin ku enerjiya girêdanê ew hêz e ku van her du atoman ji hev vediqetîne, û her ku enerjiya girêdanê mezintir bibe, ew qas hêza ku hûn hewce ne ku ji hev derxin mezintir dibe.

 Mînakî, atomên Si bi pîvana mezin in, bi qasî sêvê, û atomên C-yê piçûk in, bi qasî porteqalekê ne, û jimarek wekhev porteqal û sêv li hev kom dibin û krîstalek SiC çêdikin.

SiC Têkiliyek binar e, ku tê de ferqa atomê girêdana Si-Si 3,89 A ye, meriv çawa vê dûrbûnê fam dike?Heya nuha, makîneya lîtografî ya herî hêja ya li sûkê xwedan rastbûna lîtografî ya 3nm e, ku dûrahiya 30A ye, û rastbûna lîtografî 8 carî ji dûrahiya atomê ye.

Enerjiya girêdana Si-Si 310 kJ/mol e, ji ber vê yekê hûn dikarin fêm bikin ku enerjiya girêdanê ew hêz e ku van her du atoman ji hev vediqetîne, û her ku enerjiya girêdanê mezintir bibe, ew qas hêza ku hûn hewce ne ku ji hev derxin mezintir dibe.

Em dizanin ku her maddeyek ji atoman pêk tê, û avahiya krîstal bi rêkûpêk ji atoman pêk tê, ku jê re rêzek dûr-dirêj tê gotin, mîna jêrîn.Ji yekîneya krîstal a herî piçûk re şaneyek, heke şaneyek kûp be, jê re şaneyek kubar û ji xaneyê re şeşgoşe ye, jê re dibêjin şeşgoşeya nêzîk.

Cûreyên krîstalên SiC yên hevpar 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC, hwd hene. Rêzeya wan a lihevnekirinê di arasteya eksê c de di wêneyê de tê xuyang kirin.

 

Di nav wan de, rêzika bingehîn a 4H-SiC ABCB ye... ;Rêzeya bingehîn a 6H-SiC ABCACB e...;Rêzeya bingehîn a stacking a 15R-SiC ABCACBCABACABCB e...

 

Ev yek ji bo avakirina xaniyekê wek kerpîçeyek tê dîtin, hin kerpîçên xaniyan sê awayên danîna wan hene, hin çar awayên danîna wan hene, hin jî şeş awayên wan hene.
Parametreyên hucreya bingehîn ên van celebên krîstal ên hevpar ên SiC di tabloyê de têne destnîşan kirin:

Wateya a, b, c û goşeyan çi ye?Struktura şaneya yekîneya herî piçûk di nîvconduktorek SiC de wiha tê ravekirin:

Di rewşa heman hucreyê de, strukturên krîstal jî dê cûda be, ev mîna ku em lotoyê bikirin, hejmara serketî 1, 2, 3 ye, we 1, 2, 3 sê hejmar kirî ye, lê heke hejmar were rêz kirin. cuda, mîqdara bidestxistina cuda ye, ji ber vê yekê jimare û rêza heman krîstalê, dikare ji heman krîstal re binavkirin.
Di jimareya jêrîn de du awayên stûnê yên tîpîk nîşan dide, tenê cûdahiya di moda stûnê ya atomên jorîn de, avahiya krîstal cûda ye.

Avahiya krîstal a ku ji hêla SiC ve hatî çêkirin bi germahiyê ve girêdayî ye.Di bin çalakiya germahiya bilind a 1900 ~ 2000 ℃ de, 3C-SiC dê hêdî hêdî veguhezîne polîforma SiC ya hexagonal mîna 6H-SiC ji ber aramiya strukturê wê ya nebaş.Ew tam ji ber pêwendiya xurt a di navbera îhtîmala avakirina polîmorfên SiC û germahiyê de, û bêîstîkrara 3C-SiC bixwe ye, çêtirkirina rêjeya mezinbûna 3C-SiC dijwar e, û amadekirin jî dijwar e.Pergala hexagonal ya 4H-SiC û 6H-SiC ya herî gelemperî û hêsantir a amadekirinê ne, û ji ber taybetmendiyên xwe bi berfirehî têne lêkolîn kirin.

 Dirêjahiya girêdana girêdana SI-C di krîstala SiC de tenê 1.89A ye, lê enerjiya girêdanê bi qasî 4.53eV ye.Ji ber vê yekê, valahiya asta enerjiyê di navbera dewleta girêdanê û dewleta dijî-girêdanê de pir mezin e, û valahiya bandek berfireh dikare çêbibe, ku çend caran ji Si û GaAs e.Berfirehiya valahiya bandê ya bilind tê vê wateyê ku avahiya krîstal a germahiya bilind aram e.Elektronîkên hêzê yên têkildar dikarin taybetmendiyên xebata stabîl di germahiyên bilind û strukturên belavkirina germê yên hêsan de fêm bikin.

Girêdana hişk a girêdana Si-C dihêle ku tîrêjê xwedan frekansa vibrasyonê ya bilind be, ango fononek enerjiya bilind, ku tê vê wateyê ku krîstala SiC xwedan tevgerînek elektronek têrbûyî û gerîdeya germî ye, û cîhazên elektronîkî yên bi hêza têkildar xwedî hêzek e. leza guheztinê û pêbaweriya bilindtir, ku xetera têkçûna germahiya zêde ya cîhazê kêm dike.Digel vê yekê, hêza zeviya hilweşîna bilind a SiC dihêle ku ew bigihîje asta dopingê ya bilind û xwedan berxwedanek kêmtir be.

 Ya duyemîn, dîroka pêşveçûna krîstalê ya SiC

 Di sala 1905an de, Dr.

 Bi rastî, di destpêka 1885-an de, Acheson SiC bi tevlihevkirina kok bi silica û germkirina wê di firna elektrîkê de peyda kir.Di wê demê de, mirovan ew bi tevliheviya almasan dihesibandin û jê re digotin emer.

 Di sala 1892-an de, Acheson pêvajoya sentezê baştir kir, wî qûmê quartz, kok, piçûkek çîpên darê û NaCl tevlihev kir, û ew di firna kemerê ya elektrîkê de heya 2700℃ germ kir, û bi serfirazî krîstalên SiC yên şilbûyî bi dest xist.Ev rêbaza sentezkirina krîstalên SiC wekî rêbaza Acheson tê zanîn û hîn jî rêbaza sereke ya hilberîna abrasîvên SiC di pîşesaziyê de ye.Ji ber paqijiya hindik a madeyên xav sentetîk û pêvajoya senteza hişk, rêbaza Acheson bêtir nepakiyên SiC, yekparebûna kristalê ya belengaz û pîvana krîstalê ya piçûk çêdike, ku ji bo pîvana mezin, paqijiya bilind û bilind zehmet e ku hewcedariyên pîşesaziya nîvconductor bicîh bîne. -krîstalên bi kalîte, û ji bo çêkirina amûrên elektronîkî nayên bikar anîn.

 Lely of Philips Laboratory di sala 1955 de rêbazek nû ji bo mezinkirina krîstalên SiC yên yekbûyî pêşniyar kir. Di vê rêbazê de, xaça grafît wekî keştiya mezinbûnê, krîstala toza SiC wekî madeya xav ji bo mezinkirina krîstala SiC, û grafît porez ji bo veqetandinê tê bikar anîn. deverek vala ji navenda madeya xam a mezin dibe.Dema ku mezin dibe, xaça grafît di binê atmosfera Ar an H2 de heya 2500℃ tê germ kirin, û toza SiC ya derdor tê hilanîn û di nav maddeyên qonaxa vaporê Si û C de tê hilweşandin, û krîstala SiC piştî gazê li devera vala ya navîn tê mezin kirin. herikîn bi grafîta porez ve tê veguhestin.

Ya sêyemîn, teknolojiya mezinbûna krîstalê SiC

Mezinbûna yek krîstal a SiC ji ber taybetmendiyên xwe dijwar e.Ev bi giranî ji ber vê yekê ye ku di zexta atmosferê de qonaxek şil bi rêjeya stokyometrî ya Si tune ye: C = 1:1, û ew nikare bi rêbazên mezinbûnê yên gihîştî yên ku ji hêla pêvajoya mezinbûna sereke ya heyî ya nîvconductor ve hatî bikar anîn ve were mezin kirin. pîşesazî - rêbaza cZ, rêbaza kemînê û rêbazên din.Li gorî hesabê teorîk, tenê dema ku zext ji 10E5atm mezintir be û germahî ji 3200℃ bilindtir be, rêjeya stoichiometric ya Si: C = 1:1 dikare were bidestxistin.Ji bo derbaskirina vê pirsgirêkê, zanyaran hewildanên bênavber kirine ku rêbazên cûrbecûr pêşniyar bikin da ku kalîteya krîstal a bilind, mezinahiya mezin û krîstalên erzan ên SiC bistînin.Heya nuha, rêbazên sereke rêbaza PVT, rêbaza qonaxa şil û rêbaza depokirina kîmyewî ya germahiya bilind in.