En primer lloc, l'estructura i les propietats del cristall de SiC.
SiC és un compost binari format per element Si i element C en una proporció 1:1, és a dir, 50% silici (Si) i 50% carboni (C), i la seva unitat estructural bàsica és el tetraedre SI-C.
Diagrama esquemàtic de l'estructura del tetraedre de carbur de silici
Per exemple, els àtoms de Si són de gran diàmetre, equivalents a una poma, i els àtoms de C tenen un diàmetre petit, equivalent a una taronja, i un nombre igual de taronges i pomes s'amunteguen per formar un cristall de SiC.
SiC és un compost binari, en què l'espai entre àtoms de l'enllaç Si-Si és de 3,89 A, com entendre aquest espai?Actualment, la màquina de litografia més excel·lent del mercat té una precisió de litografia de 3 nm, que és una distància de 30 A, i la precisió de la litografia és 8 vegades la de la distància atòmica.
L'energia d'enllaç Si-Si és de 310 kJ/mol, de manera que podeu entendre que l'energia d'enllaç és la força que separa aquests dos àtoms, i com més gran sigui l'energia d'enllaç, més gran serà la força que necessiteu per separar-vos.
Per exemple, els àtoms de Si són de gran diàmetre, equivalents a una poma, i els àtoms de C tenen un diàmetre petit, equivalent a una taronja, i un nombre igual de taronges i pomes s'amunteguen per formar un cristall de SiC.
SiC és un compost binari, en què l'espai entre àtoms de l'enllaç Si-Si és de 3,89 A, com entendre aquest espai?Actualment, la màquina de litografia més excel·lent del mercat té una precisió de litografia de 3 nm, que és una distància de 30 A, i la precisió de la litografia és 8 vegades la de la distància atòmica.
L'energia d'enllaç Si-Si és de 310 kJ/mol, de manera que podeu entendre que l'energia d'enllaç és la força que separa aquests dos àtoms, i com més gran sigui l'energia d'enllaç, més gran serà la força que necessiteu per separar-vos.
Diagrama esquemàtic de l'estructura del tetraedre de carbur de silici
Per exemple, els àtoms de Si són de gran diàmetre, equivalents a una poma, i els àtoms de C tenen un diàmetre petit, equivalent a una taronja, i un nombre igual de taronges i pomes s'amunteguen per formar un cristall de SiC.
SiC és un compost binari, en què l'espai entre àtoms de l'enllaç Si-Si és de 3,89 A, com entendre aquest espai?Actualment, la màquina de litografia més excel·lent del mercat té una precisió de litografia de 3 nm, que és una distància de 30 A, i la precisió de la litografia és 8 vegades la de la distància atòmica.
L'energia d'enllaç Si-Si és de 310 kJ/mol, de manera que podeu entendre que l'energia d'enllaç és la força que separa aquests dos àtoms, i com més gran sigui l'energia d'enllaç, més gran serà la força que necessiteu per separar-vos.
Per exemple, els àtoms de Si són de gran diàmetre, equivalents a una poma, i els àtoms de C tenen un diàmetre petit, equivalent a una taronja, i un nombre igual de taronges i pomes s'amunteguen per formar un cristall de SiC.
SiC és un compost binari, en què l'espai entre àtoms de l'enllaç Si-Si és de 3,89 A, com entendre aquest espai?Actualment, la màquina de litografia més excel·lent del mercat té una precisió de litografia de 3 nm, que és una distància de 30 A, i la precisió de la litografia és 8 vegades la de la distància atòmica.
L'energia d'enllaç Si-Si és de 310 kJ/mol, de manera que podeu entendre que l'energia d'enllaç és la força que separa aquests dos àtoms, i com més gran sigui l'energia d'enllaç, més gran serà la força que necessiteu per separar-vos.
Sabem que cada substància està formada per àtoms, i l'estructura d'un cristall és una disposició regular d'àtoms, que s'anomena ordre de llarg abast, com el següent.La unitat de cristall més petita s'anomena cel·la, si la cel·la és una estructura cúbica, s'anomena cúbic compacte, i la cel·la és una estructura hexagonal, s'anomena hexagonal tancat.
Els tipus de cristalls de SiC comuns inclouen 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC, etc. La seva seqüència d'apilament en la direcció de l'eix c es mostra a la figura.
Entre ells, la seqüència bàsica d'apilament de 4H-SiC és ABCB... ;La seqüència d'apilament bàsica de 6H-SiC és ABCACB... ;La seqüència d'apilament bàsica de 15R-SiC és ABCACBCABACABCB... .
Això es pot veure com un maó per construir una casa, alguns dels maons de la casa tenen tres maneres de col·locar-los, alguns tenen quatre maneres de col·locar-los, alguns tenen sis maneres.
Els paràmetres bàsics de les cèl·lules d'aquests tipus de cristalls de SiC comuns es mostren a la taula:
Què signifiquen a, b, c i els angles?L'estructura de la cel·la unitat més petita d'un semiconductor de SiC es descriu de la següent manera:
En el cas de la mateixa cel·la, l'estructura del cristall també serà diferent, això és com si compréssim la loteria, el número guanyador és 1, 2, 3, has comprat 1, 2, 3 tres números, però si el nombre està ordenat de manera diferent, la quantitat guanyadora és diferent, de manera que el nombre i l'ordre del mateix cristall es poden anomenar el mateix cristall.
La figura següent mostra els dos modes d'apilament típics, només la diferència en el mode d'apilament dels àtoms superiors, l'estructura del cristall és diferent.
L'estructura cristal·lina formada per SiC està fortament relacionada amb la temperatura.Sota l'acció d'una temperatura elevada de 1900 ~ 2000 ℃, el 3C-SiC es transformarà lentament en poliforma hexagonal de SiC com el 6H-SiC a causa de la seva poca estabilitat estructural.És precisament a causa de la forta correlació entre la probabilitat de formació de polimorfs de SiC i la temperatura, i la inestabilitat del propi 3C-SiC, la taxa de creixement de 3C-SiC és difícil de millorar i la preparació és difícil.El sistema hexagonal de 4H-SiC i 6H-SiC són els més comuns i més fàcils de preparar, i són àmpliament estudiats per les seves pròpies característiques.
La longitud de l'enllaç de l'enllaç SI-C en el cristall de SiC és de només 1,89 A, però l'energia d'enllaç és tan alta com 4,53 eV.Per tant, la bretxa del nivell d'energia entre l'estat d'enllaç i l'estat anti-enllaç és molt gran i es pot formar una bretxa de banda ampla, que és diverses vegades la de Si i GaAs.L'amplada de banda més gran significa que l'estructura de cristall d'alta temperatura és estable.L'electrònica de potència associada pot realitzar les característiques d'un funcionament estable a altes temperatures i una estructura de dissipació de calor simplificada.
L'estreta unió de l'enllaç Si-C fa que la gelosia tingui una alta freqüència de vibració, és a dir, un fonó d'alta energia, el que significa que el cristall de SiC té una alta mobilitat d'electrons saturats i conductivitat tèrmica, i els dispositius electrònics de potència relacionats tenen un major velocitat de commutació i fiabilitat, la qual cosa redueix el risc de fallada per sobretemperatura del dispositiu.A més, la major intensitat de camp de descomposició del SiC li permet aconseguir concentracions de dopatge més altes i tenir una menor resistència a l'encesa.
En segon lloc, la història del desenvolupament del cristall de SiC
L'any 1905, el doctor Henri Moissan va descobrir un cristall natural de SiC al cràter, que va trobar que s'assemblava a un diamant i el va anomenar diamant de Mosan.
De fet, ja l'any 1885, Acheson va obtenir SiC barrejant coc amb sílice i escalfant-lo en un forn elèctric.Aleshores, la gent el va confondre amb una barreja de diamants i l'anomenava esmeril.
El 1892, Acheson va millorar el procés de síntesi, va barrejar sorra de quars, coc, una petita quantitat d'encenalls de fusta i NaCl, i el va escalfar en un forn d'arc elèctric a 2700 ℃ i va obtenir amb èxit cristalls escamosos de SiC.Aquest mètode de síntesi de cristalls de SiC es coneix com a mètode Acheson i segueix sent el mètode principal per produir abrasius de SiC a la indústria.A causa de la baixa puresa de les matèries primeres sintètiques i el procés de síntesi aspre, el mètode Acheson produeix més impureses de SiC, una mala integritat del cristall i un diàmetre de cristall petit, cosa que és difícil de complir amb els requisits de la indústria de semiconductors per a grans dimensions, puresa i alta. -cristalls de qualitat, i no es poden utilitzar per fabricar dispositius electrònics.
Lely, del laboratori Philips, va proposar un nou mètode per fer créixer cristalls simples de SiC l'any 1955. En aquest mètode, s'utilitza el gresol de grafit com a recipient de creixement, el cristall en pols de SiC s'utilitza com a matèria primera per fer créixer el cristall de SiC i el grafit porós s'utilitza per aïllar. una zona buida des del centre de la matèria primera en creixement.Quan creix, el gresol de grafit s'escalfa a 2500 ℃ sota l'atmosfera d'Ar o H2, i la pols de SiC perifèrica es sublim i es descompon en substàncies en fase de vapor Si i C, i el cristall de SiC es cultiva a la regió buida mitjana després del gas. el flux es transmet a través del grafit porós.
En tercer lloc, la tecnologia de creixement de cristalls de SiC
El creixement d'un cristall únic de SiC és difícil a causa de les seves pròpies característiques.Això es deu principalment al fet que no hi ha fase líquida amb una proporció estequiomètrica de Si: C = 1:1 a pressió atmosfèrica, i no es pot fer créixer pels mètodes de creixement més madurs utilitzats pel procés de creixement principal actual del semiconductor. indústria - mètode cZ, mètode de caiguda del gresol i altres mètodes.Segons el càlcul teòric, només quan la pressió és superior a 10E5atm i la temperatura és superior a 3200 ℃, es pot obtenir la relació estequiomètrica de la solució Si: C = 1:1.Per superar aquest problema, els científics han fet esforços incansables per proposar diversos mètodes per obtenir cristalls de SiC d'alta qualitat, gran mida i barats.Actualment, els mètodes principals són el mètode PVT, el mètode en fase líquida i el mètode de deposició química de vapor d'alta temperatura.
Hora de publicació: 24-gen-2024