Struttura è tecnulugia di crescita di carburu di siliciu (Ⅰ)

Prima, a struttura è e proprietà di u cristallu SiC.

SiC hè un compostu binariu furmatu da l'elementu Si è l'elementu C in u rapportu 1: 1, vale à dì, 50% di siliciu (Si) è 50% di carbone (C), è a so unità strutturale basica hè u tetraedru SI-C.

Schema schematicu di a struttura di u tetraedru di carburu di siliciu

 Per esempiu, l'atomi di Si sò grossi di diamitru, equivalenti à una mela, è l'atomi di C sò chjuchi di diamitru, equivalenti à un aranciu, è un numaru uguali di aranci è pomi sò ammucchiati per furmà un cristalu SiC.

SiC hè un compostu binariu, in quale u spaziu di l'atomu di u ligame Si-Si hè 3,89 A, cumu capisce stu spacing? Attualmente, a macchina di litografia più eccellente in u mercatu hà una precisione di litografia di 3nm, chì hè una distanza di 30A, è a precisione di litografia hè 8 volte quella di a distanza atomica.

L'energia di u ligame Si-Si hè 310 kJ / mol, cusì pudete capisce chì l'energia di u ligame hè a forza chì tira sti dui atomi, è più grande hè l'energia di u ligame, più grande hè a forza chì avete bisognu à spartite.

 Per esempiu, l'atomi di Si sò grossi di diamitru, equivalenti à una mela, è l'atomi di C sò chjuchi di diamitru, equivalenti à un aranciu, è un numaru uguali di aranci è pomi sò ammucchiati per furmà un cristalu SiC.

SiC hè un compostu binariu, in quale u spaziu di l'atomu di u ligame Si-Si hè 3,89 A, cumu capisce stu spacing? Attualmente, a macchina di litografia più eccellente in u mercatu hà una precisione di litografia di 3nm, chì hè una distanza di 30A, è a precisione di litografia hè 8 volte quella di a distanza atomica.

L'energia di u ligame Si-Si hè 310 kJ / mol, cusì pudete capisce chì l'energia di u ligame hè a forza chì tira sti dui atomi, è più grande hè l'energia di u ligame, più grande hè a forza chì avete bisognu à spartite.

Schema schematicu di a struttura di u tetraedru di carburu di siliciu

 Per esempiu, l'atomi di Si sò grossi di diamitru, equivalenti à una mela, è l'atomi di C sò chjuchi di diamitru, equivalenti à un aranciu, è un numaru uguali di aranci è pomi sò ammucchiati per furmà un cristalu SiC.

SiC hè un compostu binariu, in quale u spaziu di l'atomu di u ligame Si-Si hè 3,89 A, cumu capisce stu spacing? Attualmente, a macchina di litografia più eccellente in u mercatu hà una precisione di litografia di 3nm, chì hè una distanza di 30A, è a precisione di litografia hè 8 volte quella di a distanza atomica.

L'energia di u ligame Si-Si hè 310 kJ / mol, cusì pudete capisce chì l'energia di u ligame hè a forza chì tira sti dui atomi, è più grande hè l'energia di u ligame, più grande hè a forza chì avete bisognu à spartite.

 Per esempiu, l'atomi di Si sò grossi di diamitru, equivalenti à una mela, è l'atomi di C sò chjuchi di diamitru, equivalenti à un aranciu, è un numaru uguali di aranci è pomi sò ammucchiati per furmà un cristalu SiC.

SiC hè un compostu binariu, in quale u spaziu di l'atomu di u ligame Si-Si hè 3,89 A, cumu capisce stu spacing? Attualmente, a macchina di litografia più eccellente in u mercatu hà una precisione di litografia di 3nm, chì hè una distanza di 30A, è a precisione di litografia hè 8 volte quella di a distanza atomica.

L'energia di u ligame Si-Si hè 310 kJ / mol, cusì pudete capisce chì l'energia di u ligame hè a forza chì tira sti dui atomi, è più grande hè l'energia di u ligame, più grande hè a forza chì avete bisognu à spartite.

Sapemu chì ogni sustanza hè custituita di atomi, è a struttura di un cristallu hè un arrangiamentu regulare di atomi, chì hè chjamatu un ordine à longu andà, cum'è i seguenti. L'unità di cristallu più chjuca hè chjamata cellula, se a cellula hè una struttura cúbica, hè chjamata cubica vicinu, è a cellula hè una struttura esagonale, hè chjamata esagonale vicinu.

I tipi di cristalli SiC cumuni includenu 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC, etc. A so sequenza di stacking in a direzzione di l'assi c hè mostrata in a figura.

 

Frà elli, a sequenza di stacking basica di 4H-SiC hè ABCB ... ; A sequenza di stacking basica di 6H-SiC hè ABCACB ... ; A sequenza di stacking basica di 15R-SiC hè ABCACBCABACABCB... .

 

Questu pò esse vistu cum'è un brique per a custruzzione di una casa, alcuni di i brique di casa anu trè manere di mette, alcuni anu quattru manere di mette, alcuni anu sei manere.
I paràmetri basi di e cellule di sti tipi di cristalli SiC cumuni sò mostrati in a tabella:

Chì significà a, b, c è anguli ? A struttura di a cellula unità più chjuca in un semiconductor SiC hè descritta cum'è seguente:

In u casu di a listessa cellula, a struttura di cristalli serà ancu diversa, questu hè cum'è cumprà a lotteria, u numeru vincitore hè 1, 2, 3, avete compru 1, 2, 3 trè numeri, ma se u numeru hè ordinatu. sfarente, a quantità vincitore hè diversu, cusì u numeru è l'ordine di u stessu cristallu pò esse chjamatu u stessu cristallu.
A figura seguente mostra i dui modi tipici di stacking, solu a diffarenza in u modu di stacking di l'atomi superiori, a struttura di cristalli hè sfarente.

A struttura cristallina formata da SiC hè strettamente ligata à a temperatura. Sottu à l'azzione di alta temperatura di 1900 ~ 2000 ℃, 3C-SiC si trasforma lentamente in poliforme SiC esagonale cum'è 6H-SiC per via di a so poca stabilità strutturale. Hè precisamente per via di a forte correlazione trà a probabilità di furmazione di polimorfi SiC è a temperatura, è a inestabilità di 3C-SiC stessu, a crescita di 3C-SiC hè difficiule di migliurà, è a preparazione hè difficiule. U sistema esagonale di 4H-SiC è 6H-SiC sò i più cumuni è più faciuli di preparà, è sò largamente studiati per via di e so caratteristiche.

 A durata di u ligame SI-C in u cristallu SiC hè solu 1.89A, ma l'energia di ubligatoriu hè altu cum'è 4.53eV. Per quessa, a gap di u livellu di l'energia trà u statu di ligame è u statu anti-bonding hè assai grande, è pò esse formata una banda larga, chì hè parechje volte quella di Si è GaAs. A larghezza di banda più altu significa chì a struttura di cristalli d'alta temperatura hè stabile. L'elettronica di putenza assuciata pò realizà e caratteristiche di u funziunamentu stabile à alte temperature è a struttura simplificata di dissipazione di calore.

U ligame strettu di u ligame Si-C face chì u lattice hà una freccia di vibrazione alta, vale à dì un fonone d'alta energia, chì significa chì u cristallu SiC hà una alta mobilità di l'elettroni saturati è una conduttività termale, è i dispositi elettronichi di putenza cunnessi anu un più altu vitezza switching è reliability, chì riduce u risicu di fallimentu overtemperature dispusitivu. Inoltre, a forza di u campu di ripartizione più altu di SiC permette di ottene concentrazioni di doping più altu è avè una resistenza più bassa.

 Siconda, a storia di u sviluppu di cristalli SiC

 In u 1905, u duttore Henri Moissan hà scupertu un cristalu naturali di SiC in u cratere, chì hà truvatu s'assumiglia à un diamante è u chjamò u diamante Mosan.

 In fattu, già in u 1885, Acheson hà uttenutu SiC mischjendu coke cù silice è scaldendu in un furnace elettricu. À l'epica, a ghjente si cunfonda cù una mistura di diamanti è u chjamava smeriglio.

 In u 1892, Acheson hà migliuratu u prucessu di sintesi, mischjò sabbia di quartz, coke, una piccula quantità di chips di legnu è NaCl, è riscaldau in un furnace à arcu elettricu à 2700 ℃, è ottenne cù successu cristalli squamosi di SiC. Stu mètudu di sintesi di cristalli SiC hè cunnisciutu cum'è u metudu Acheson è hè sempre u metudu mainstream di pruduce abrasivi SiC in l'industria. A causa di a bassa purità di materie prime sintetiche è u prucessu di sintesi ruvida, u metudu Acheson produce più impurità di SiC, integrità di cristalli poveri è diametru di cristalli chjucu, chì hè difficiule di risponde à i bisogni di l'industria di semiconduttori per grandezza, purezza è alta. -qualità cristalli, è ùn pò esse usata à fabricà i dispusitivi ilittronica.

 U Laboratoriu Lely di Philips hà prupostu un novu metudu per a crescita di cristalli SiC in u 1955. In questu metudu, u crucible di grafite hè utilizatu cum'è u vasu di crescita, u cristallu di polvere di SiC hè utilizatu com'è materia prima per u crescente di cristalli SiC, è u grafite poroso hè utilizatu per isolà. una zona cavu da u centru di a materia prima crescente. Quandu cresce, u crucible di grafite hè riscaldatu à 2500 ℃ sottu l'atmosfera di Ar o H2, è a polvera periferica di SiC hè sublimata è scomposta in sustanzi di fase di vapore Si è C, è u cristallu SiC hè cultivatu in a regione cava media dopu à u gasu. u flussu hè trasmessu à traversu u grafite poroso.

Terzu, tecnulugia di crescita di cristalli SiC

A crescita di cristalli unicu di SiC hè difficiule per via di e so caratteristiche. Questu hè principarmenti duvuta à u fattu chì ùn ci hè micca una fase di liquidu cù un rapportu stoechiometricu di Si: C = 1: 1 à a pressione atmosferica, è ùn pò micca esse cultivatu da i metudi di crescita più maturi utilizati da u prucessu di crescita di u currente mainstream di u semiconductor. industria - mètudu cZ, mètudu caduta crucible è altri metudi. Sicondu u calculu teoricu, solu quandu a pressione hè più grande di 10E5atm è a temperatura hè più altu di 3200 ℃, u rapportu stoichiometric di Si: C = 1: 1 suluzione pò esse acquistatu. Per superà stu prublema, i scientisti anu fattu sforzi incessanti per prupona diversi metudi per ottene cristalli di alta qualità, grande dimensione è cristalli SiC economici. Attualmente, i metudi principali sò u metudu PVT, u metudu di fase liquida è u metudu di deposizione chimica di vapore à alta temperatura.