Prvič, struktura in lastnosti kristala SiC.
SiC je binarna spojina, ki jo tvorita element Si in element C v razmerju 1:1, to je 50 % silicija (Si) in 50 % ogljika (C), njena osnovna strukturna enota pa je tetraeder SI-C.
Shematski diagram strukture tetraedra iz silicijevega karbida
Na primer, atomi Si imajo velik premer, kar ustreza jabolku, atomi C pa imajo majhen premer, kar je enako pomaranči, in enako število pomaranč in jabolk je zloženih skupaj, da tvorijo kristal SiC.
SiC je binarna spojina, v kateri je razmik atomov vezi Si-Si 3,89 A, kako razumeti ta razmik?Trenutno ima najboljši litografski stroj na trgu natančnost litografije 3 nm, kar je razdalja 30 A, natančnost litografije pa je 8-krat večja od atomske razdalje.
Energija vezi Si-Si je 310 kJ/mol, tako da lahko razumete, da je energija vezi sila, ki vleče ta dva atoma narazen, in večja kot je energija vezi, večja je sila, ki jo potrebujete za ločitev.
Na primer, atomi Si imajo velik premer, kar ustreza jabolku, atomi C pa imajo majhen premer, kar je enako pomaranči, in enako število pomaranč in jabolk je zloženih skupaj, da tvorijo kristal SiC.
SiC je binarna spojina, v kateri je razmik atomov vezi Si-Si 3,89 A, kako razumeti ta razmik?Trenutno ima najboljši litografski stroj na trgu natančnost litografije 3 nm, kar je razdalja 30 A, natančnost litografije pa je 8-krat večja od atomske razdalje.
Energija vezi Si-Si je 310 kJ/mol, tako da lahko razumete, da je energija vezi sila, ki vleče ta dva atoma narazen, in večja kot je energija vezi, večja je sila, ki jo potrebujete za ločitev.
Shematski diagram strukture tetraedra iz silicijevega karbida
Na primer, atomi Si imajo velik premer, kar ustreza jabolku, atomi C pa imajo majhen premer, kar je enako pomaranči, in enako število pomaranč in jabolk je zloženih skupaj, da tvorijo kristal SiC.
SiC je binarna spojina, v kateri je razmik atomov vezi Si-Si 3,89 A, kako razumeti ta razmik?Trenutno ima najboljši litografski stroj na trgu natančnost litografije 3 nm, kar je razdalja 30 A, natančnost litografije pa je 8-krat večja od atomske razdalje.
Energija vezi Si-Si je 310 kJ/mol, tako da lahko razumete, da je energija vezi sila, ki vleče ta dva atoma narazen, in večja kot je energija vezi, večja je sila, ki jo potrebujete za ločitev.
Na primer, atomi Si imajo velik premer, kar ustreza jabolku, atomi C pa imajo majhen premer, kar je enako pomaranči, in enako število pomaranč in jabolk je zloženih skupaj, da tvorijo kristal SiC.
SiC je binarna spojina, v kateri je razmik atomov vezi Si-Si 3,89 A, kako razumeti ta razmik?Trenutno ima najboljši litografski stroj na trgu natančnost litografije 3 nm, kar je razdalja 30 A, natančnost litografije pa je 8-krat večja od atomske razdalje.
Energija vezi Si-Si je 310 kJ/mol, tako da lahko razumete, da je energija vezi sila, ki vleče ta dva atoma narazen, in večja kot je energija vezi, večja je sila, ki jo potrebujete za ločitev.
Vemo, da je vsaka snov sestavljena iz atomov, struktura kristala pa je pravilna razporeditev atomov, ki se imenuje red dolgega dosega, kot je naslednji.Najmanjša kristalna enota se imenuje celica, če je celica kubične strukture, se imenuje tesno zapakirana kubika, celica pa je heksagonalna struktura, se imenuje tesno zapakirana heksagonalna.
Pogosti tipi kristalov SiC vključujejo 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC itd. Njihovo zaporedje zlaganja v smeri osi c je prikazano na sliki.
Med njimi je osnovno zaporedje zlaganja 4H-SiC ABCB ... ;Osnovno zaporedje zlaganja 6H-SiC je ABCACB... ;Osnovno zaporedje zlaganja 15R-SiC je ABCACBCABACABCB... .
To lahko vidimo kot opeko za gradnjo hiše, nekatere hišne opeke imajo tri načine polaganja, nekatere štiri načine polaganja, nekatere šest načinov.
Osnovni parametri celic teh pogostih vrst kristalov SiC so prikazani v tabeli:
Kaj pomenijo a, b, c in koti?Struktura najmanjše enote celice v polprevodniku SiC je opisana takole:
V primeru iste celice bo tudi kristalna struktura drugačna, to je kot da kupimo na loteriji, dobitna številka je 1, 2, 3, kupili ste 1, 2, 3 tri številke, če pa je številka razvrščena različno je zmagovalni znesek drugačen, zato lahko število in vrstni red istega kristala imenujemo isti kristal.
Naslednja slika prikazuje dva tipična načina zlaganja, le razlika v načinu zlaganja zgornjih atomov, kristalna struktura je drugačna.
Kristalna struktura, ki jo tvori SiC, je močno povezana s temperaturo.Pod delovanjem visoke temperature 1900 ~ 2000 ℃ se bo 3C-SiC zaradi svoje slabe strukturne stabilnosti počasi spremenil v heksagonalno poliformo SiC, kot je 6H-SiC.Ravno zaradi močne korelacije med verjetnostjo nastanka polimorfov SiC in temperaturo ter nestabilnosti samega 3C-SiC je hitrost rasti 3C-SiC težko izboljšati, priprava pa težka.Heksagonalni sistem 4H-SiC in 6H-SiC sta najpogostejša in enostavnejša za pripravo ter ju zaradi lastnih značilnosti veliko preučujemo.
Dolžina vezi SI-C v kristalu SiC je samo 1,89 A, vezna energija pa je kar 4,53 eV.Zato je vrzel med veznim stanjem in stanjem proti vezavi zelo velika in lahko nastane široka pasovna vrzel, ki je nekajkrat večja od Si in GaAs.Večja širina pasovne vrzeli pomeni, da je visokotemperaturna kristalna struktura stabilna.Povezana močnostna elektronika lahko uresniči značilnosti stabilnega delovanja pri visokih temperaturah in poenostavljeno strukturo odvajanja toplote.
Zaradi tesne vezave vezi Si-C ima mreža visoko frekvenco nihanja, to je visokoenergijski fonon, kar pomeni, da ima kristal SiC visoko mobilnost nasičenih elektronov in toplotno prevodnost, povezane močnostne elektronske naprave pa imajo višja hitrost preklopa in zanesljivost, kar zmanjša nevarnost okvare naprave zaradi pregretja.Poleg tega višja razgradna poljska jakost SiC omogoča doseganje višjih koncentracij dopinga in nižjo odpornost proti vklopu.
Drugič, zgodovina razvoja kristalov SiC
Leta 1905 je dr. Henri Moissan v kraterju odkril naravni kristal SiC, za katerega je ugotovil, da spominja na diamant, in ga poimenoval diamant Mosan.
Pravzaprav je Acheson že leta 1885 pridobil SiC z mešanjem koksa s silicijevim dioksidom in segrevanjem v električni peči.Takrat so ga ljudje zamenjali za mešanico diamantov in ga poimenovali smirg.
Leta 1892 je Acheson izboljšal postopek sinteze, zmešal je kremenčev pesek, koks, majhno količino lesnih sekancev in NaCl ter segrel v elektroobločni peči na 2700 ℃ in uspešno dobil luskaste kristale SiC.Ta metoda sintetiziranja kristalov SiC je znana kot Achesonova metoda in je še vedno glavna metoda za proizvodnjo abrazivov SiC v industriji.Zaradi nizke čistosti sintetičnih surovin in grobega procesa sinteze Achesonova metoda proizvaja več nečistoč SiC, slabo kristalno celovitost in majhen premer kristalov, kar težko izpolnjuje zahteve polprevodniške industrije za velike velikosti, visoke čistosti in visoke -kakovostni kristali in jih ni mogoče uporabiti za izdelavo elektronskih naprav.
Lely iz Philipsovega laboratorija je leta 1955 predlagal novo metodo za gojenje monokristalov SiC. Pri tej metodi se grafitni lonček uporablja kot posoda za rast, praškasti kristal SiC se uporablja kot surovina za gojenje kristala SiC, porozni grafit pa se uporablja za izolacijo votlo območje od središča rastoče surovine.Med rastjo se grafitni lonček segreje na 2500 ℃ pod atmosfero Ar ali H2, periferni prah SiC pa se sublimira in razgradi v snovi parne faze Si in C, kristal SiC pa se goji v srednjem votlem območju po plinu. tok se prenaša skozi porozni grafit.
Tretjič, tehnologija rasti kristalov SiC
Rast monokristala SiC je težavna zaradi njegovih lastnosti.To je predvsem posledica dejstva, da ni tekoče faze s stehiometričnim razmerjem Si:C = 1:1 pri atmosferskem tlaku in je ni mogoče gojiti z bolj zrelimi metodami rasti, ki jih uporablja trenutni glavni proces rasti polprevodnikov. industrija - metoda cZ, metoda padajočega lončka in druge metode.Glede na teoretični izračun je mogoče dobiti stehiometrično razmerje raztopine Si: C = 1: 1 le, če je tlak večji od 10E5atm in temperatura višja od 3200 ℃.Da bi rešili to težavo, so se znanstveniki neomajno trudili predlagati različne metode za pridobivanje kristalov visoke kakovosti, velike velikosti in poceni kristalov SiC.Trenutno so glavne metode PVT metoda, metoda tekoče faze in metoda kemičnega nanašanja s paro pri visoki temperaturi.
Čas objave: 24. januarja 2024