İlk olarak SiC kristalinin yapısı ve özellikleri.
SiC, Si elementi ve C elementinin 1:1 oranında yani %50 silikon (Si) ve %50 karbon (C)'dan oluşturduğu ikili bir bileşiktir ve temel yapı birimi SI-C tetrahedrondur.
Silisyum karbür tetrahedron yapısının şematik diyagramı
Örneğin, Si atomlarının çapı büyüktür, bir elmaya eşdeğerdir ve C atomlarının çapı küçüktür, bir portakala eşdeğerdir ve eşit sayıda portakal ve elma bir SiC kristali oluşturmak üzere bir araya toplanır.
SiC, Si-Si bağ atom aralığının 3,89 A olduğu ikili bir bileşiktir, bu aralık nasıl anlaşılır? Şu anda piyasadaki en mükemmel litografi makinesi, 30A mesafeye karşılık gelen 3nm litografi doğruluğuna sahiptir ve litografi doğruluğu atom mesafesinin 8 katıdır.
Si-Si bağ enerjisi 310 kJ/mol'dür, dolayısıyla bağ enerjisinin bu iki atomu birbirinden ayıran kuvvet olduğunu ve bağ enerjisi ne kadar büyükse, ayırmanız gereken kuvvetin de o kadar büyük olduğunu anlayabilirsiniz.
Örneğin, Si atomlarının çapı büyüktür, bir elmaya eşdeğerdir ve C atomlarının çapı küçüktür, bir portakala eşdeğerdir ve eşit sayıda portakal ve elma bir SiC kristali oluşturmak üzere bir araya toplanır.
SiC, Si-Si bağ atom aralığının 3,89 A olduğu ikili bir bileşiktir, bu aralık nasıl anlaşılır? Şu anda piyasadaki en mükemmel litografi makinesi, 30A mesafeye karşılık gelen 3nm litografi doğruluğuna sahiptir ve litografi doğruluğu atom mesafesinin 8 katıdır.
Si-Si bağ enerjisi 310 kJ/mol'dür, dolayısıyla bağ enerjisinin bu iki atomu birbirinden ayıran kuvvet olduğunu ve bağ enerjisi ne kadar büyükse, ayırmanız gereken kuvvetin de o kadar büyük olduğunu anlayabilirsiniz.
Silisyum karbür tetrahedron yapısının şematik diyagramı
Örneğin, Si atomlarının çapı büyüktür, bir elmaya eşdeğerdir ve C atomlarının çapı küçüktür, bir portakala eşdeğerdir ve eşit sayıda portakal ve elma bir SiC kristali oluşturmak üzere bir araya toplanır.
SiC, Si-Si bağ atom aralığının 3,89 A olduğu ikili bir bileşiktir, bu aralık nasıl anlaşılır? Şu anda piyasadaki en mükemmel litografi makinesi, 30A mesafeye karşılık gelen 3nm litografi doğruluğuna sahiptir ve litografi doğruluğu atom mesafesinin 8 katıdır.
Si-Si bağ enerjisi 310 kJ/mol'dür, dolayısıyla bağ enerjisinin bu iki atomu birbirinden ayıran kuvvet olduğunu ve bağ enerjisi ne kadar büyükse, ayırmanız gereken kuvvetin de o kadar büyük olduğunu anlayabilirsiniz.
Örneğin, Si atomlarının çapı büyüktür, bir elmaya eşdeğerdir ve C atomlarının çapı küçüktür, bir portakala eşdeğerdir ve eşit sayıda portakal ve elma bir SiC kristali oluşturmak üzere bir araya toplanır.
SiC, Si-Si bağ atom aralığının 3,89 A olduğu ikili bir bileşiktir, bu aralık nasıl anlaşılır? Şu anda piyasadaki en mükemmel litografi makinesi, 30A mesafeye karşılık gelen 3nm litografi doğruluğuna sahiptir ve litografi doğruluğu atom mesafesinin 8 katıdır.
Si-Si bağ enerjisi 310 kJ/mol'dür, dolayısıyla bağ enerjisinin bu iki atomu birbirinden ayıran kuvvet olduğunu ve bağ enerjisi ne kadar büyükse, ayırmanız gereken kuvvetin de o kadar büyük olduğunu anlayabilirsiniz.
Her maddenin atomlardan oluştuğunu ve bir kristalin yapısının, aşağıdaki gibi uzun menzilli düzen adı verilen düzenli bir atom dizilimi olduğunu biliyoruz. En küçük kristal birimine hücre, hücre kübik yapıda ise sıkı paket kübik, hücre altıgen yapıda ise sıkı paket altıgen denir.
Yaygın SiC kristal türleri arasında 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC vb. bulunur. Bunların c ekseni yönünde istiflenme sırası şekilde gösterilmiştir.
Bunlar arasında 4H-SiC'nin temel istifleme sırası ABCB...'dir; 6H-SiC'nin temel istifleme sırası ABCACB...'dir; 15R-SiC'nin temel istifleme sırası ABCACBCABACABCB...'dir.
Bu, bir ev inşa etmek için kullanılan bir tuğla olarak görülebilir, bazı ev tuğlalarının yerleştirme şekli üç, bazılarının yerleştirme şekli dört, bazılarının ise altı yerleştirme şekli vardır.
Bu yaygın SiC kristal türlerinin temel hücre parametreleri tabloda gösterilmektedir:
a, b, c ve açılar ne anlama geliyor? Bir SiC yarı iletkenindeki en küçük birim hücrenin yapısı şu şekilde tanımlanır:
Aynı hücre olması durumunda kristal yapısı da farklı olacaktır, bu tıpkı piyangoyu satın almamız gibi, kazanan numara 1, 2, 3, 1, 2, 3 üç sayı aldınız ama sayı sıralanırsa farklı olarak kazanma miktarı farklıdır, dolayısıyla aynı kristalin sayısı ve sırası aynı kristal olarak adlandırılabilir.
Aşağıdaki şekil iki tipik istifleme modunu göstermektedir, yalnızca üst atomların istiflenme modundaki fark, kristal yapı farklıdır.
SiC'nin oluşturduğu kristal yapı sıcaklıkla güçlü bir şekilde ilişkilidir. 1900 ~ 2000 ° C'lik yüksek sıcaklığın etkisi altında, 3C-SiC, zayıf yapısal stabilitesi nedeniyle yavaş yavaş 6H-SiC gibi altıgen SiC poliformuna dönüşecektir. Tam olarak SiC polimorflarının oluşma olasılığı ile sıcaklık arasındaki güçlü korelasyon ve 3C-SiC'nin kendisinin kararsızlığı nedeniyle, 3C-SiC'nin büyüme hızının iyileştirilmesi zordur ve hazırlanması zordur. 4H-SiC ve 6H-SiC'nin altıgen sistemi en yaygın olanıdır ve hazırlanması daha kolaydır ve kendi özellikleri nedeniyle geniş çapta incelenmektedir.
SiC kristalindeki SI-C bağının bağ uzunluğu yalnızca 1,89A'dır ancak bağlanma enerjisi 4,53eV kadar yüksektir. Bu nedenle bağlanma durumu ile anti-bağlanma durumu arasındaki enerji seviyesi farkı çok büyüktür ve Si ve GaAs'ın birkaç katı olan geniş bir bant aralığı oluşturulabilir. Daha yüksek bant aralığı genişliği, yüksek sıcaklıktaki kristal yapının stabil olduğu anlamına gelir. İlgili güç elektroniği, yüksek sıcaklıklarda kararlı çalışma ve basitleştirilmiş ısı dağıtım yapısının özelliklerini gerçekleştirebilir.
Si-C bağının sıkı bağlanması, kafesin yüksek titreşim frekansına, yani yüksek enerjili bir fonona sahip olmasını sağlar; bu, SiC kristalinin yüksek doymuş elektron hareketliliğine ve termal iletkenliğe sahip olduğu anlamına gelir ve ilgili güç elektroniği cihazlarının Daha yüksek anahtarlama hızı ve güvenilirliği, cihazın aşırı ısınma arızası riskini azaltır. Ek olarak, SiC'nin daha yüksek kırılma alanı kuvveti, daha yüksek doping konsantrasyonlarına ulaşmasını ve daha düşük direnç göstermesini sağlar.
İkincisi, SiC kristal gelişiminin tarihi
1905 yılında Dr. Henri Moissan kraterde elmasa benzeyen doğal bir SiC kristali keşfetti ve ona Mosan elması adını verdi.
Aslında, 1885 gibi erken bir tarihte Acheson, kok ile silikayı karıştırıp elektrikli bir fırında ısıtarak SiC elde etti. O zamanlar insanlar onu elmas karışımı sanıp zımpara adını verdiler.
1892'de Acheson sentez sürecini geliştirdi, kuvars kumu, kok, az miktarda ağaç talaşı ve NaCl'yi karıştırdı ve bunu bir elektrik ark ocağında 2700 ° C'ye ısıttı ve pullu SiC kristallerini başarıyla elde etti. SiC kristallerini sentezlemeye yönelik bu yöntem, Acheson yöntemi olarak bilinir ve halen endüstride SiC aşındırıcıların üretilmesinde ana yöntemdir. Sentetik hammaddelerin düşük saflığı ve kaba sentez süreci nedeniyle, Acheson yöntemi daha fazla SiC safsızlığı, zayıf kristal bütünlüğü ve küçük kristal çapı üretir; bu da yarı iletken endüstrisinin büyük boyutlu, yüksek saflıkta ve yüksek gereksinimlerini karşılamayı zorlaştırır. -kaliteli kristaller ve elektronik cihazların üretiminde kullanılamaz.
Philips Laboratuvarı'ndan Lely, 1955 yılında SiC tek kristallerini büyütmek için yeni bir yöntem önerdi. Bu yöntemde, büyütme kabı olarak grafit pota kullanılır, SiC kristalini büyütmek için hammadde olarak SiC toz kristali kullanılır ve izole etmek için gözenekli grafit kullanılır. Büyüyen hammaddenin merkezinden itibaren içi boş bir alan. Büyürken, grafit potası Ar veya H2 atmosferi altında 2500 ° C'ye ısıtılır ve periferik SiC tozu süblimleştirilir ve Si ve C buhar fazındaki maddelere ayrıştırılır ve SiC kristali, gazdan sonra orta oyuk bölgede büyütülür. akış gözenekli grafit yoluyla iletilir.
Üçüncüsü, SiC kristal büyüme teknolojisi
SiC'nin tek kristal büyümesi kendi özelliklerinden dolayı zordur. Bunun temel nedeni, atmosferik basınçta Si:C = 1:1 stokiyometrik oranına sahip sıvı fazın bulunmaması ve yarı iletkenin mevcut ana akım büyüme süreci tarafından kullanılan daha olgun büyüme yöntemleriyle büyütülememesidir. endüstri - cZ yöntemi, düşen pota yöntemi ve diğer yöntemler. Teorik hesaplamaya göre, yalnızca basınç 10E5atm'den büyük ve sıcaklık 3200°C'den yüksek olduğunda Si: C = 1:1 çözümünün stokiyometrik oranı elde edilebilir. Bu sorunun üstesinden gelmek için bilim adamları, yüksek kristal kalitesine sahip, büyük boyutlu ve ucuz SiC kristalleri elde etmek için çeşitli yöntemler önermek üzere aralıksız çaba sarf etmişlerdir. Şu anda ana yöntemler PVT yöntemi, sıvı faz yöntemi ve yüksek sıcaklıkta buharlı kimyasal biriktirme yöntemidir.
Gönderim zamanı: Ocak-24-2024