Pertama, struktur dan sifat kristal SiC.
SiC ialah sebatian binari yang dibentuk oleh unsur Si dan unsur C dalam nisbah 1:1, iaitu 50% silikon (Si) dan 50% karbon (C), dan unit struktur asasnya ialah tetrahedron SI-C.
Gambar rajah skema struktur tetrahedron silikon karbida
Contohnya, atom Si berdiameter besar, bersamaan dengan epal, dan atom C berdiameter kecil, bersamaan dengan oren, dan bilangan oren dan epal yang sama dilonggokkan untuk membentuk kristal SiC.
SiC ialah Sebatian binari, di mana jarak atom ikatan Si-Si ialah 3.89 A, bagaimana untuk memahami jarak ini?Pada masa ini, mesin litografi yang paling baik di pasaran mempunyai ketepatan litografi 3nm, iaitu jarak 30A, dan ketepatan litografi adalah 8 kali ganda daripada jarak atom.
Tenaga ikatan Si-Si ialah 310 kJ/mol, jadi anda boleh memahami bahawa tenaga ikatan ialah daya yang menarik kedua-dua atom ini, dan semakin besar tenaga ikatan, semakin besar daya yang anda perlukan untuk memisahkan.
Contohnya, atom Si berdiameter besar, bersamaan dengan epal, dan atom C berdiameter kecil, bersamaan dengan oren, dan bilangan oren dan epal yang sama dilonggokkan untuk membentuk kristal SiC.
SiC ialah Sebatian binari, di mana jarak atom ikatan Si-Si ialah 3.89 A, bagaimana untuk memahami jarak ini?Pada masa ini, mesin litografi yang paling baik di pasaran mempunyai ketepatan litografi 3nm, iaitu jarak 30A, dan ketepatan litografi adalah 8 kali ganda daripada jarak atom.
Tenaga ikatan Si-Si ialah 310 kJ/mol, jadi anda boleh memahami bahawa tenaga ikatan ialah daya yang menarik kedua-dua atom ini, dan semakin besar tenaga ikatan, semakin besar daya yang anda perlukan untuk memisahkan.
Gambar rajah skema struktur tetrahedron silikon karbida
Contohnya, atom Si berdiameter besar, bersamaan dengan epal, dan atom C berdiameter kecil, bersamaan dengan oren, dan bilangan oren dan epal yang sama dilonggokkan untuk membentuk kristal SiC.
SiC ialah Sebatian binari, di mana jarak atom ikatan Si-Si ialah 3.89 A, bagaimana untuk memahami jarak ini?Pada masa ini, mesin litografi yang paling baik di pasaran mempunyai ketepatan litografi 3nm, iaitu jarak 30A, dan ketepatan litografi adalah 8 kali ganda daripada jarak atom.
Tenaga ikatan Si-Si ialah 310 kJ/mol, jadi anda boleh memahami bahawa tenaga ikatan ialah daya yang menarik kedua-dua atom ini, dan semakin besar tenaga ikatan, semakin besar daya yang anda perlukan untuk memisahkan.
Contohnya, atom Si berdiameter besar, bersamaan dengan epal, dan atom C berdiameter kecil, bersamaan dengan oren, dan bilangan oren dan epal yang sama dilonggokkan untuk membentuk kristal SiC.
SiC ialah Sebatian binari, di mana jarak atom ikatan Si-Si ialah 3.89 A, bagaimana untuk memahami jarak ini?Pada masa ini, mesin litografi yang paling baik di pasaran mempunyai ketepatan litografi 3nm, iaitu jarak 30A, dan ketepatan litografi adalah 8 kali ganda daripada jarak atom.
Tenaga ikatan Si-Si ialah 310 kJ/mol, jadi anda boleh memahami bahawa tenaga ikatan ialah daya yang menarik kedua-dua atom ini, dan semakin besar tenaga ikatan, semakin besar daya yang anda perlukan untuk memisahkan.
Kita tahu bahawa setiap bahan terdiri daripada atom, dan struktur kristal ialah susunan atom yang tetap, yang dipanggil susunan jarak jauh, seperti berikut.Unit kristal terkecil dipanggil sel, jika sel adalah struktur kubik, ia dipanggil kubik tertutup rapat, dan sel adalah struktur heksagon, ia dipanggil heksagon tertutup rapat.
Jenis hablur SiC biasa termasuk 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC, dsb. Urutan susunannya dalam arah paksi c ditunjukkan dalam rajah.
Antaranya, jujukan susunan asas 4H-SiC ialah ABCB... ;Urutan susunan asas 6H-SiC ialah ABCACB... ;Urutan susunan asas 15R-SiC ialah ABCACBCABACABCB... .
Ini boleh dilihat sebagai batu bata untuk membina rumah, sebahagian daripada bata rumah mempunyai tiga cara meletakkannya, ada yang mempunyai empat cara meletakkannya, ada yang mempunyai enam cara.
Parameter sel asas jenis kristal SiC biasa ini ditunjukkan dalam jadual:
Apakah maksud a, b, c dan sudut?Struktur sel unit terkecil dalam semikonduktor SiC diterangkan seperti berikut:
Dalam kes sel yang sama, struktur kristal juga akan berbeza, ini seperti kita membeli loteri, nombor yang menang ialah 1, 2, 3, anda membeli 1, 2, 3 tiga nombor, tetapi jika nombor itu diisih. berbeza, jumlah kemenangan adalah berbeza, jadi nombor dan susunan kristal yang sama, boleh dipanggil kristal yang sama.
Rajah berikut menunjukkan dua mod susun biasa, hanya perbezaan dalam mod susun atom atas, struktur kristal adalah berbeza.
Struktur kristal yang dibentuk oleh SiC sangat berkaitan dengan suhu.Di bawah tindakan suhu tinggi 1900~2000 ℃, 3C-SiC perlahan-lahan akan berubah menjadi poliform SiC heksagon seperti 6H-SiC kerana kestabilan strukturnya yang lemah.Ia adalah tepat kerana korelasi yang kuat antara kebarangkalian pembentukan polimorf SiC dan suhu, dan ketidakstabilan 3C-SiC itu sendiri, kadar pertumbuhan 3C-SiC sukar untuk diperbaiki, dan penyediaannya sukar.Sistem heksagon 4H-SiC dan 6H-SiC adalah yang paling biasa dan lebih mudah untuk disediakan, dan dikaji secara meluas kerana ciri-ciri mereka sendiri.
Panjang ikatan ikatan SI-C dalam kristal SiC hanya 1.89A, tetapi tenaga pengikat setinggi 4.53eV.Oleh itu, jurang tahap tenaga antara keadaan ikatan dan keadaan anti-ikatan adalah sangat besar, dan jurang jalur lebar boleh dibentuk, iaitu beberapa kali ganda daripada Si dan GaAs.Lebar jurang jalur yang lebih tinggi bermakna struktur kristal suhu tinggi adalah stabil.Elektronik kuasa yang berkaitan boleh merealisasikan ciri-ciri operasi yang stabil pada suhu tinggi dan struktur pelesapan haba yang dipermudahkan.
Pengikatan ketat ikatan Si-C menjadikan kekisi mempunyai frekuensi getaran yang tinggi, iaitu fonon tenaga tinggi, yang bermaksud bahawa kristal SiC mempunyai mobiliti elektron tepu yang tinggi dan kekonduksian terma, dan peranti elektronik kuasa yang berkaitan mempunyai kelajuan pensuisan dan kebolehpercayaan yang lebih tinggi, yang mengurangkan risiko kegagalan suhu lampau peranti.Di samping itu, kekuatan medan pecahan yang lebih tinggi bagi SiC membolehkannya mencapai kepekatan doping yang lebih tinggi dan mempunyai rintangan pada yang lebih rendah.
Kedua, sejarah perkembangan kristal SiC
Pada tahun 1905, Dr. Henri Moissan menemui kristal SiC semula jadi di dalam kawah, yang ditemuinya menyerupai berlian dan menamakannya berlian Mosan.
Malah, seawal tahun 1885, Acheson memperoleh SiC dengan mencampurkan kok dengan silika dan memanaskannya dalam relau elektrik.Pada masa itu, orang ramai menganggapnya sebagai campuran berlian dan memanggilnya ampelas.
Pada tahun 1892, Acheson menambah baik proses sintesis, dia mencampurkan pasir kuarza, kok, sejumlah kecil serpihan kayu dan NaCl, dan memanaskannya dalam relau arka elektrik hingga 2700 ℃, dan berjaya memperoleh kristal SiC bersisik.Kaedah mensintesis kristal SiC ini dikenali sebagai kaedah Acheson dan masih merupakan kaedah arus perdana untuk menghasilkan bahan pelelas SiC dalam industri.Oleh kerana ketulenan rendah bahan mentah sintetik dan proses sintesis kasar, kaedah Acheson menghasilkan lebih banyak kekotoran SiC, integriti kristal yang lemah dan diameter kristal kecil, yang sukar untuk memenuhi keperluan industri semikonduktor untuk saiz besar, ketulenan tinggi dan tinggi. -hablur berkualiti, dan tidak boleh digunakan untuk mengeluarkan peranti elektronik.
Lely dari Makmal Philips mencadangkan kaedah baru untuk mengembangkan kristal tunggal SiC pada tahun 1955. Dalam kaedah ini, mangkuk grafit digunakan sebagai wadah pertumbuhan, kristal serbuk SiC digunakan sebagai bahan mentah untuk menanam kristal SiC, dan grafit berliang digunakan untuk mengasingkan kawasan berongga dari pusat bahan mentah yang semakin meningkat.Apabila berkembang, pijar grafit dipanaskan hingga 2500 ℃ di bawah atmosfera Ar atau H2, dan serbuk SiC persisian disublimkan dan diuraikan menjadi bahan fasa wap Si dan C, dan kristal SiC ditanam di kawasan berongga tengah selepas gas aliran dihantar melalui grafit berliang.
Ketiga, teknologi pertumbuhan kristal SiC
Pertumbuhan kristal tunggal SiC adalah sukar kerana ciri-cirinya sendiri.Ini disebabkan terutamanya oleh fakta bahawa tiada fasa cecair dengan nisbah stoikiometrik Si: C = 1: 1 pada tekanan atmosfera, dan ia tidak boleh ditanam dengan kaedah pertumbuhan yang lebih matang yang digunakan oleh proses pertumbuhan arus perdana semasa semikonduktor. industri - kaedah cZ, kaedah pijar jatuh dan kaedah lain.Mengikut pengiraan teori, hanya apabila tekanan lebih besar daripada 10E5atm dan suhu lebih tinggi daripada 3200℃, nisbah stoikiometrik Si: C = 1:1 penyelesaian boleh diperolehi.Bagi mengatasi masalah ini, saintis telah berusaha tanpa henti untuk mencadangkan pelbagai kaedah untuk mendapatkan kristal SiC berkualiti tinggi, saiz besar dan murah.Pada masa ini, kaedah utama ialah kaedah PVT, kaedah fasa cecair dan kaedah pemendapan kimia wap suhu tinggi.
Masa siaran: Jan-24-2024