Prvo, struktura i svojstva SiC kristala.
SiC je binarni spoj kojeg tvore element Si i element C u omjeru 1:1, odnosno 50% silicija (Si) i 50% ugljika (C), a njegova osnovna strukturna jedinica je SI-C tetraedar.
Shematski dijagram strukture silicijevog karbida tetraedra
Na primjer, atomi Si velikog su promjera, što je jednako promjeru jabuke, a atomi C su malog promjera, što je jednako promjeru naranče, a jednak broj naranči i jabuka nagomilan je zajedno da tvore kristal SiC.
SiC je binarni spoj u kojem je razmak atoma Si-Si veze 3,89 A, kako razumjeti ovaj razmak? Trenutačno najizvrsniji stroj za litografiju na tržištu ima točnost litografije od 3nm, što je udaljenost od 30A, a točnost litografije je 8 puta veća od atomske udaljenosti.
Energija Si-Si veze je 310 kJ/mol, tako da možete shvatiti da je energija veze sila koja razdvaja ova dva atoma, a što je veća energija veze, to je veća sila koju trebate rastaviti.
Na primjer, atomi Si velikog su promjera, što je jednako promjeru jabuke, a atomi C su malog promjera, što je jednako promjeru naranče, a jednak broj naranči i jabuka nagomilan je zajedno da tvore kristal SiC.
SiC je binarni spoj u kojem je razmak atoma Si-Si veze 3,89 A, kako razumjeti ovaj razmak? Trenutačno najizvrsniji stroj za litografiju na tržištu ima točnost litografije od 3nm, što je udaljenost od 30A, a točnost litografije je 8 puta veća od atomske udaljenosti.
Energija Si-Si veze je 310 kJ/mol, tako da možete shvatiti da je energija veze sila koja razdvaja ova dva atoma, a što je veća energija veze, to je veća sila koju trebate rastaviti.
Shematski dijagram strukture silicijevog karbida tetraedra
Na primjer, atomi Si velikog su promjera, što je jednako promjeru jabuke, a atomi C su malog promjera, što je jednako promjeru naranče, a jednak broj naranči i jabuka nagomilan je zajedno da tvore kristal SiC.
SiC je binarni spoj u kojem je razmak atoma Si-Si veze 3,89 A, kako razumjeti ovaj razmak? Trenutačno najizvrsniji stroj za litografiju na tržištu ima točnost litografije od 3nm, što je udaljenost od 30A, a točnost litografije je 8 puta veća od atomske udaljenosti.
Energija Si-Si veze je 310 kJ/mol, tako da možete shvatiti da je energija veze sila koja razdvaja ova dva atoma, a što je veća energija veze, to je veća sila koju trebate rastaviti.
Na primjer, atomi Si velikog su promjera, što je jednako promjeru jabuke, a atomi C su malog promjera, što je jednako promjeru naranče, a jednak broj naranči i jabuka nagomilan je zajedno da tvore kristal SiC.
SiC je binarni spoj u kojem je razmak atoma Si-Si veze 3,89 A, kako razumjeti ovaj razmak? Trenutačno najizvrsniji stroj za litografiju na tržištu ima točnost litografije od 3nm, što je udaljenost od 30A, a točnost litografije je 8 puta veća od atomske udaljenosti.
Energija Si-Si veze je 310 kJ/mol, tako da možete shvatiti da je energija veze sila koja razdvaja ova dva atoma, a što je veća energija veze, to je veća sila koju trebate rastaviti.
Znamo da se svaka tvar sastoji od atoma, a struktura kristala je pravilan raspored atoma, koji se naziva poredak dugog dometa, kao što je sljedeće. Najmanja kristalna jedinica naziva se ćelija, ako je ćelija kubične strukture, naziva se tijesno pakirana kubna, a ćelija heksagonalne strukture, naziva se tijesno pakirana heksagonalna.
Uobičajeni tipovi kristala SiC uključuju 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC, itd. Njihov redoslijed slaganja u smjeru c osi prikazan je na slici.
Među njima, osnovni slijed slaganja 4H-SiC je ABCB... ; Osnovni slijed slaganja 6H-SiC je ABCACB... ; Osnovni slijed slaganja 15R-SiC je ABCACBCABACABCB... .
Ovo se može promatrati kao cigla za gradnju kuće, neke cigle za kuću imaju tri načina postavljanja, neke imaju četiri načina postavljanja, neke imaju šest načina.
Osnovni parametri ćelija ovih uobičajenih vrsta kristala SiC prikazani su u tablici:
Što znače a, b, c i kutovi? Struktura najmanje jedinične ćelije u SiC poluvodiču opisana je na sljedeći način:
U slučaju iste ćelije, kristalna struktura će također biti drugačija, ovo je kao da kupujemo na lutriji, dobitni broj je 1, 2, 3, kupili ste 1, 2, 3 tri broja, ali ako je broj poredan drugačije, dobitak je različit, tako da se broj i redoslijed istog kristala može nazvati istim kristalom.
Sljedeća slika prikazuje dva tipična načina slaganja, samo razlika u načinu slaganja gornjih atoma, kristalna struktura je drugačija.
Kristalna struktura koju tvori SiC usko je povezana s temperaturom. Pod djelovanjem visoke temperature od 1900~2000 ℃, 3C-SiC će se polako transformirati u šesterokutni poliform SiC kao što je 6H-SiC zbog svoje slabe strukturne stabilnosti. Upravo zbog jake korelacije između vjerojatnosti nastanka SiC polimorfa i temperature, te nestabilnosti samog 3C-SiC, brzinu rasta 3C-SiC je teško poboljšati, a priprema je teška. Heksagonalni sustav 4H-SiC i 6H-SiC je najčešći i lakši za pripremu, a naširoko se proučava zbog vlastitih karakteristika.
Duljina veze SI-C veze u SiC kristalu je samo 1,89 A, ali je energija vezanja čak 4,53 eV. Zbog toga je jaz između veznog stanja i antiveznog stanja vrlo velik, te se može formirati široki jaz, koji je nekoliko puta veći od Si i GaAs. Veća širina zabranjenog pojasa znači da je visokotemperaturna kristalna struktura stabilna. Povezana energetska elektronika može ostvariti značajke stabilnog rada na visokim temperaturama i pojednostavljenu strukturu odvođenja topline.
Čvrsto vezanje Si-C veze čini da rešetka ima visoku frekvenciju vibracija, odnosno visoku energiju fonona, što znači da kristal SiC ima visoku pokretljivost zasićenih elektrona i toplinsku vodljivost, a povezani energetski elektronički uređaji imaju veća brzina prebacivanja i pouzdanost, što smanjuje rizik od kvara uređaja zbog pregrijavanja. Osim toga, veća jakost probojnog polja SiC-a omogućuje mu postizanje viših koncentracija dopinga i manji otpor pri uključivanju.
Drugo, povijest razvoja kristala SiC
Godine 1905. dr. Henri Moissan otkrio je prirodni kristal SiC u krateru, za koji je ustanovio da podsjeća na dijamant i nazvao ga Mosan dijamant.
Zapravo, još 1885. Acheson je dobio SiC miješanjem koksa sa silicijevim dioksidom i zagrijavanjem u električnoj peći. U to vrijeme ljudi su ga zamijenili za mješavinu dijamanata i nazvali ga šmirglom.
Godine 1892. Acheson je poboljšao proces sinteze, pomiješao je kvarcni pijesak, koks, malu količinu drvne sječke i NaCl, te zagrijao u elektrolučnoj peći na 2700 ℃, te uspješno dobio ljuskaste kristale SiC. Ova metoda sintetiziranja SiC kristala poznata je kao Achesonova metoda i još uvijek je glavna metoda proizvodnje SiC abraziva u industriji. Zbog niske čistoće sintetičkih sirovina i grubog procesa sinteze, Achesonova metoda proizvodi više SiC nečistoća, loš kristalni integritet i mali promjer kristala, što je teško ispuniti zahtjeve industrije poluvodiča za velike veličine, visoke čistoće i visoke -kvalitetni kristali, te se ne mogu koristiti za proizvodnju elektroničkih uređaja.
Lely iz Philips Laboratorija predložio je novu metodu za uzgoj monokristala SiC 1955. U ovoj metodi, grafitni lončić se koristi kao posuda za rast, kristal praha SiC koristi se kao sirovina za uzgoj kristala SiC, a porozni grafit se koristi za izolaciju šupljina od središta rastuće sirovine. Prilikom rasta, grafitni lončić se zagrijava na 2500 ℃ u atmosferi Ar ili H2, a periferni prah SiC sublimira se i razgrađuje u tvari parne faze Si i C, a kristal SiC se uzgaja u srednjem šupljem području nakon plina protok se prenosi kroz porozni grafit.
Treće, tehnologija rasta kristala SiC
Rast monokristala SiC-a je težak zbog njegovih vlastitih karakteristika. To je uglavnom zbog činjenice da ne postoji tekuća faza sa stehiometrijskim omjerom Si:C = 1:1 pri atmosferskom tlaku i ne može se uzgajati zrelijim metodama rasta koje koristi trenutni glavni proces rasta poluvodiča industrija - metoda cZ, metoda padajućeg lončića i druge metode. Prema teoretskom proračunu, samo kada je tlak veći od 10E5atm i temperatura viša od 3200 ℃, može se dobiti stehiometrijski omjer otopine Si:C = 1:1. Kako bi prevladali ovaj problem, znanstvenici su uložili neumorne napore da predlože različite metode za dobivanje kristala visoke kvalitete, velike veličine i jeftinih SiC kristala. Trenutno su glavne metode PVT metoda, metoda tekuće faze i metoda kemijskog taloženja na visokoj temperaturi.
Vrijeme objave: 24. siječnja 2024