Prvo, struktura i svojstva SiC kristala.
SiC je binarno jedinjenje formirano od elementa Si i C elementa u odnosu 1:1, odnosno 50% silicijuma (Si) i 50% ugljenika (C), a njegova osnovna strukturna jedinica je SI-C tetraedar.
Šematski dijagram strukture tetraedra od silicijum karbida
Na primjer, atomi Si su velikog prečnika, ekvivalentni jabuci, a atomi C su malog prečnika, ekvivalentni narandži, a jednak broj narandži i jabuka se skuplja zajedno da formiraju kristal SiC.
SiC je binarno jedinjenje, u kojem je razmak između atoma Si-Si veze 3,89 A, kako razumjeti ovaj razmak? Trenutno, najizvrsnija litografska mašina na tržištu ima tačnost litografije od 3nm, što je udaljenost od 30A, a tačnost litografije je 8 puta veća od atomske udaljenosti.
Energija Si-Si veze je 310 kJ/mol, tako da možete razumjeti da je energija veze sila koja razdvaja ova dva atoma, a što je energija veze veća, to je veća sila koju trebate rastaviti.
Na primjer, atomi Si su velikog prečnika, ekvivalentni jabuci, a atomi C su malog prečnika, ekvivalentni narandži, a jednak broj narandži i jabuka se skuplja zajedno da formiraju kristal SiC.
SiC je binarno jedinjenje, u kojem je razmak između atoma Si-Si veze 3,89 A, kako razumjeti ovaj razmak? Trenutno, najizvrsnija litografska mašina na tržištu ima tačnost litografije od 3nm, što je udaljenost od 30A, a tačnost litografije je 8 puta veća od atomske udaljenosti.
Energija Si-Si veze je 310 kJ/mol, tako da možete razumjeti da je energija veze sila koja razdvaja ova dva atoma, a što je energija veze veća, to je veća sila koju trebate rastaviti.
Šematski dijagram strukture tetraedra od silicijum karbida
Na primjer, atomi Si su velikog prečnika, ekvivalentni jabuci, a atomi C su malog prečnika, ekvivalentni narandži, a jednak broj narandži i jabuka se skuplja zajedno da formiraju kristal SiC.
SiC je binarno jedinjenje, u kojem je razmak između atoma Si-Si veze 3,89 A, kako razumjeti ovaj razmak? Trenutno, najizvrsnija litografska mašina na tržištu ima tačnost litografije od 3nm, što je udaljenost od 30A, a tačnost litografije je 8 puta veća od atomske udaljenosti.
Energija Si-Si veze je 310 kJ/mol, tako da možete razumjeti da je energija veze sila koja razdvaja ova dva atoma, a što je energija veze veća, to je veća sila koju trebate rastaviti.
Na primjer, atomi Si su velikog prečnika, ekvivalentni jabuci, a atomi C su malog prečnika, ekvivalentni narandži, a jednak broj narandži i jabuka se skuplja zajedno da formiraju kristal SiC.
SiC je binarno jedinjenje, u kojem je razmak između atoma Si-Si veze 3,89 A, kako razumjeti ovaj razmak? Trenutno, najizvrsnija litografska mašina na tržištu ima tačnost litografije od 3nm, što je udaljenost od 30A, a tačnost litografije je 8 puta veća od atomske udaljenosti.
Energija Si-Si veze je 310 kJ/mol, tako da možete razumjeti da je energija veze sila koja razdvaja ova dva atoma, a što je energija veze veća, to je veća sila koju trebate rastaviti.
Znamo da se svaka supstanca sastoji od atoma, a struktura kristala je pravilan raspored atoma, koji se naziva redom dugog dometa, kao što je sljedeće. Najmanja kristalna jedinica naziva se ćelija, ako je ćelija kubične strukture, naziva se blisko zbijena kubika, a ćelija je heksagonalna struktura, naziva se tesno zbijena 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, osnovna sekvenca slaganja 4H-SiC je ABCB... ; Osnovna sekvenca slaganja 6H-SiC je ABCACB... ; Osnovna sekvenca slaganja 15R-SiC je ABCACBCABACABCB... .
Ovo se može posmatrati kao cigla za izgradnju kuće, neke od kućnih cigli imaju tri načina postavljanja, neke imaju četiri načina postavljanja, neke imaju šest načina.
Osnovni parametri ćelije ovih uobičajenih tipova kristala SiC prikazani su u tabeli:
Šta znače a, b, c i uglovi? Struktura najmanje jedinične ćelije u SiC poluprovodniku je opisana kako slijedi:
U slučaju iste ćelije i kristalna struktura će 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 sortiran drugačije, iznos dobitka je različit, pa se broj i red 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 formira SiC snažno je povezana s temperaturom. Pod dejstvom visoke temperature od 1900~2000 ℃, 3C-SiC će se polako transformisati u heksagonalni SiC poliform kao što je 6H-SiC zbog svoje slabe strukturne stabilnosti. Upravo zbog jake korelacije između vjerovatnoće stvaranja SiC polimorfa i temperature, te nestabilnosti samog 3C-SiC, brzinu rasta 3C-SiC je teško poboljšati, a priprema je otežana. Heksagonalni sistem 4H-SiC i 6H-SiC su najčešći i lakši za pripremu, a zbog svojih karakteristika su široko proučavani.
Dužina veze SI-C veze u SiC kristalu je samo 1,89 A, ali energija veze je čak 4,53 eV. Stoga je jaz u energetskom nivou između veznog stanja i antiveznog stanja vrlo velik i može se formirati široki pojas, koji je nekoliko puta veći od Si i GaAs. Veća širina pojasa znači da je kristalna struktura na visokim temperaturama stabilna. Pridružena energetska elektronika može ostvariti karakteristike stabilnog rada na visokim temperaturama i pojednostavljenu strukturu odvođenja topline.
Čvrsto vezivanje Si-C veze čini da rešetka ima visoku frekvenciju vibracija, odnosno visok energetski fonon, što znači da SiC kristal ima visoku zasićenu pokretljivost elektrona i toplotnu provodljivost, a povezani uređaji energetske elektronike imaju veća brzina prebacivanja i pouzdanost, što smanjuje rizik od kvara uređaja previsoke temperature. Osim toga, veća jačina polja proboja SiC-a omogućava mu da postigne veće koncentracije dopinga i ima niži otpor.
Drugo, istorija razvoja SiC kristala
Godine 1905. dr. Henri Moissan otkrio je prirodni kristal SiC u krateru, za koji je otkrio da liči na dijamant i nazvao ga Mosan dijamant.
Zapravo, još 1885. Acheson je dobio SiC miješanjem koksa sa silicijum 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 i zagrijao ga u elektrolučnoj peći do 2700℃ i uspješno dobio ljuskave kristale SiC. Ova metoda sinteze 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 nečistoća SiC, lošeg integriteta kristala i malog prečnika kristala, što je teško ispuniti zahtjeve industrije poluvodiča za velike veličine, visoke čistoće i visoke -kvalitetni kristali i ne mogu se koristiti za proizvodnju elektronskih uređaja.
Lely iz Philips Laboratory predložio je novu metodu za uzgoj SiC monokristala 1955. U ovoj metodi, grafitni lončić se koristi kao posuda za rast, kristal praha SiC se koristi kao sirovina za uzgoj SiC kristala, a porozni grafit se koristi za izolaciju šuplje područje od središta uzgojne sirovine. Prilikom rasta, grafitni lončić se zagrijava na 2500℃ u atmosferi Ar ili H2, a periferni SiC prah se sublimira i razlaže na tvari Si i C parne faze, a kristal SiC raste u srednjem šupljem području nakon plina. strujanje 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 tečna faza sa stehiometrijskim omjerom Si:C = 1:1 pri atmosferskom pritisku, i ne može se uzgajati zrelijim metodama rasta koje se koriste u trenutnom glavnom procesu rasta poluvodiča. industrija - cZ metoda, metoda padajućeg lončića i druge metode. Prema teoretskom proračunu, samo kada je pritisak veći od 10E5atm, a temperatura viša od 3200℃, može se dobiti stehiometrijski odnos rastvora Si:C = 1:1. Kako bi prevazišli ovaj problem, naučnici su ulagali neprestane napore da predlože različite metode za dobijanje kristala visokog kvaliteta, velike veličine i jeftinih SiC kristala. Trenutno, glavne metode su PVT metoda, metoda tečne faze i metoda hemijskog taloženja na visokim temperaturama.
Vrijeme objave: Jan-24-2024