Pirma, SiC kristalo struktūra ir savybės.
SiC yra dvejetainis junginys, sudarytas iš Si elemento ir C elemento santykiu 1:1, tai yra, 50% silicio (Si) ir 50% anglies (C), o jo pagrindinis struktūrinis vienetas yra SI-C tetraedras.
Silicio karbido tetraedro struktūros schema
Pavyzdžiui, Si atomai yra didelio skersmens, prilygsta obuoliui, o C atomai yra mažo skersmens, prilygsta apelsinui, o vienodas skaičius apelsinų ir obuolių yra sukrauti kartu, kad susidarytų SiC kristalas.
SiC yra dvejetainis junginys, kuriame Si-Si jungties atomų atstumas yra 3,89 A, kaip suprasti šį atstumą? Šiuo metu geriausios litografijos mašinos rinkoje litografijos tikslumas yra 3 nm, tai yra 30 A atstumas, o litografijos tikslumas yra 8 kartus didesnis už atominį atstumą.
Si-Si ryšio energija yra 310 kJ/mol, todėl galite suprasti, kad ryšio energija yra jėga, kuri atitraukia šiuos du atomus, ir kuo didesnė jungties energija, tuo didesnė jėga, kurią reikia atskirti.
Pavyzdžiui, Si atomai yra didelio skersmens, prilygsta obuoliui, o C atomai yra mažo skersmens, prilygsta apelsinui, o vienodas skaičius apelsinų ir obuolių yra sukrauti kartu, kad susidarytų SiC kristalas.
SiC yra dvejetainis junginys, kuriame Si-Si jungties atomų atstumas yra 3,89 A, kaip suprasti šį atstumą? Šiuo metu geriausios litografijos mašinos rinkoje litografijos tikslumas yra 3 nm, tai yra 30 A atstumas, o litografijos tikslumas yra 8 kartus didesnis už atominį atstumą.
Si-Si ryšio energija yra 310 kJ/mol, todėl galite suprasti, kad ryšio energija yra jėga, kuri atitraukia šiuos du atomus, ir kuo didesnė jungties energija, tuo didesnė jėga, kurią reikia atskirti.
Silicio karbido tetraedro struktūros schema
Pavyzdžiui, Si atomai yra didelio skersmens, prilygsta obuoliui, o C atomai yra mažo skersmens, prilygsta apelsinui, o vienodas skaičius apelsinų ir obuolių yra sukrauti kartu, kad susidarytų SiC kristalas.
SiC yra dvejetainis junginys, kuriame Si-Si jungties atomų atstumas yra 3,89 A, kaip suprasti šį atstumą? Šiuo metu geriausios litografijos mašinos rinkoje litografijos tikslumas yra 3 nm, tai yra 30 A atstumas, o litografijos tikslumas yra 8 kartus didesnis už atominį atstumą.
Si-Si ryšio energija yra 310 kJ/mol, todėl galite suprasti, kad ryšio energija yra jėga, kuri atitraukia šiuos du atomus, ir kuo didesnė jungties energija, tuo didesnė jėga, kurią reikia atskirti.
Pavyzdžiui, Si atomai yra didelio skersmens, prilygsta obuoliui, o C atomai yra mažo skersmens, prilygsta apelsinui, o vienodas skaičius apelsinų ir obuolių yra sukrauti kartu, kad susidarytų SiC kristalas.
SiC yra dvejetainis junginys, kuriame Si-Si jungties atomų atstumas yra 3,89 A, kaip suprasti šį atstumą? Šiuo metu geriausios litografijos mašinos rinkoje litografijos tikslumas yra 3 nm, tai yra 30 A atstumas, o litografijos tikslumas yra 8 kartus didesnis už atominį atstumą.
Si-Si ryšio energija yra 310 kJ/mol, todėl galite suprasti, kad ryšio energija yra jėga, kuri atitraukia šiuos du atomus, ir kuo didesnė jungties energija, tuo didesnė jėga, kurią reikia atskirti.
Mes žinome, kad kiekviena medžiaga yra sudaryta iš atomų, o kristalo struktūra yra taisyklinga atomų struktūra, kuri vadinama ilgo nuotolio tvarka, kaip nurodyta toliau. Mažiausias kristalinis vienetas vadinamas ląstele, jei ląstelė yra kubinė struktūra, ji vadinama uždara kubine, o ląstelė yra šešiakampė struktūra, ji vadinama uždara šešiakampe.
Įprasti SiC kristalų tipai yra 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC ir kt. Jų krovimo seka c ašies kryptimi parodyta paveikslėlyje.
Tarp jų pagrindinė 4H-SiC krovimo seka yra ABCB... ; Pagrindinė 6H-SiC krovimo seka yra ABCACB... ; Pagrindinė 15R-SiC krovimo seka yra ABCACBCABACABCB... .
Tai gali būti vertinama kaip plyta namo statybai, kai kurios namo plytos turi tris jų išdėstymo būdus, kai kurios - keturis, kai kurios - šešis.
Pagrindiniai šių įprastų SiC kristalų tipų elementų parametrai pateikti lentelėje:
Ką reiškia a, b, c ir kampai? SiC puslaidininkio mažiausio elemento struktūra aprašyta taip:
Tos pačios ląstelės atveju kristalų struktūra taip pat skirsis, tai kaip mes perkame loteriją, laimėjimo skaičius yra 1, 2, 3, jūs nusipirkote 1, 2, 3 tris skaičius, bet jei skaičius yra surūšiuotas skirtingai, laimėjimo suma yra skirtinga, todėl to paties kristalo skaičius ir tvarka gali būti vadinami tuo pačiu kristalu.
Toliau pateiktame paveikslėlyje pavaizduoti du tipiniai krovimo režimai, skiriasi tik viršutinių atomų krovimo režimas, skiriasi kristalų struktūra.
SiC suformuota kristalų struktūra yra stipriai susijusi su temperatūra. Esant aukštai 1900–2000 ℃ temperatūrai, 3C-SiC dėl prasto struktūrinio stabilumo pamažu virs šešiakampe SiC poliforma, tokia kaip 6H-SiC. Kaip tik dėl stiprios koreliacijos tarp SiC polimorfų susidarymo tikimybės ir temperatūros bei paties 3C-SiC nestabilumo, 3C-SiC augimo greitį sunku pagerinti, o paruošimą sunku. Šešiakampė 4H-SiC ir 6H-SiC sistema yra labiausiai paplitusi ir lengviau paruošiama ir yra plačiai tiriama dėl savo savybių.
SI-C jungties ilgis SiC kristale yra tik 1,89 A, tačiau surišimo energija siekia 4,53 eV. Todėl energijos lygio skirtumas tarp surišimo būsenos ir antisujungimo būsenos yra labai didelis ir gali susidaryti platus juostos tarpas, kuris kelis kartus viršija Si ir GaAs. Didesnis juostos tarpo plotis reiškia, kad aukštos temperatūros kristalų struktūra yra stabili. Susijusi galios elektronika gali realizuoti stabilaus veikimo aukštoje temperatūroje charakteristikas ir supaprastintą šilumos išsklaidymo struktūrą.
Dėl tvirto Si-C jungties gardelės vibracijos dažnis yra aukštas, tai yra didelės energijos fononas, o tai reiškia, kad SiC kristalas turi didelį sočiųjų elektronų mobilumą ir šilumos laidumą, o susiję galios elektroniniai prietaisai turi didesnis perjungimo greitis ir patikimumas, o tai sumažina įrenginio perkaitimo gedimo riziką. Be to, didesnis SiC skilimo lauko stiprumas leidžia pasiekti didesnę dopingo koncentraciją ir mažesnį atsparumą.
Antra, SiC kristalų vystymosi istorija
1905 m. daktaras Henri Moissan krateryje atrado natūralų SiC kristalą, kuris, jo manymu, panašus į deimantą, ir pavadino jį Mosano deimantu.
Tiesą sakant, jau 1885 m. Acheson gavo SiC maišydamas koksą su silicio dioksidu ir kaitindamas jį elektrinėje krosnyje. Tuo metu žmonės jį supainiojo su deimantų mišiniu ir vadino švitriniu.
1892 m. Achesonas patobulino sintezės procesą, sumaišė kvarcinį smėlį, koksą, nedidelį kiekį medienos drožlių ir NaCl ir įkaitino elektros lankinėje krosnyje iki 2700 ℃ ir sėkmingai gavo žvynuotus SiC kristalus. Šis SiC kristalų sintezės metodas yra žinomas kaip Acheson metodas ir vis dar yra pagrindinis SiC abrazyvų gamybos būdas pramonėje. Dėl mažo sintetinių žaliavų grynumo ir grubios sintezės proceso, Acheson metodas gamina daugiau SiC priemaišų, prasto kristalo vientisumo ir mažo kristalo skersmens, todėl sunku patenkinti puslaidininkių pramonės reikalavimus dėl didelio dydžio, didelio grynumo ir aukšto lygio. - kokybiški kristalai ir negali būti naudojami elektroniniams prietaisams gaminti.
„Lely“ iš „Philips“ laboratorijos 1955 m. pasiūlė naują SiC monokristalų auginimo metodą. Taikant šį metodą, grafito tiglis naudojamas kaip auginimo indas, SiC miltelių kristalas naudojamas kaip žaliava SiC kristalams auginti, o porėtas grafitas naudojamas izoliuoti. tuščiaviduris plotas nuo augančios žaliavos centro. Auginant, grafito tiglis kaitinamas iki 2500 ℃ Ar arba H2 atmosferoje, o periferiniai SiC milteliai sublimuojami ir suskaidomi į Si ir C garų fazės medžiagas, o SiC kristalas auginamas vidurinėje tuščiavidurėje srityje po dujų. srautas perduodamas per porėtą grafitą.
Trečia, SiC kristalų augimo technologija
SiC monokristalų augimas yra sunkus dėl jo savybių. Taip yra daugiausia dėl to, kad nėra skystos fazės, kurios stechiometrinis santykis Si: C = 1:1 esant atmosferos slėgiui, ir jos negalima auginti brandesniais augimo metodais, naudojamais dabartiniame pagrindiniame puslaidininkių augimo procese. pramonė - cZ metodas, krintančio tiglio metodas ir kiti metodai. Remiantis teoriniais skaičiavimais, tik tada, kai slėgis yra didesnis nei 10E5 atm, o temperatūra aukštesnė nei 3200 ℃, galima gauti stechiometrinį Si: C = 1:1 tirpalo santykį. Siekdami įveikti šią problemą, mokslininkai nenumaldomai stengėsi pasiūlyti įvairius būdus, kaip gauti aukštos kokybės, didelio dydžio ir pigius SiC kristalus. Šiuo metu pagrindiniai metodai yra PVT metodas, skystosios fazės metodas ir aukštos temperatūros garų cheminio nusodinimo metodas.
Paskelbimo laikas: 2024-01-24