Struttura u teknoloġija tat-tkabbir tal-karbur tas-silikon (Ⅰ)

L-ewwel, l-istruttura u l-proprjetajiet tal-kristall SiC.

SiC huwa kompost binarju ffurmat minn element Si u element C fi proporzjon 1:1, jiġifieri, 50% silikon (Si) u 50% karbonju (C), u l-unità strutturali bażika tagħha hija SI-C tetrahedron.

Dijagramma skematika tal-istruttura tetrahedron tal-karbur tas-silikon

 Pereżempju, l-atomi tas-Si huma kbar fid-dijametru, ekwivalenti għal tuffieħ, u l-atomi C huma żgħar fid-dijametru, ekwivalenti għal oranġjo, u numru ugwali ta 'larinġ u tuffieħ jinġabru flimkien biex jiffurmaw kristall SiC.

SiC huwa A kompost binarju, li fih l-ispazjar tal-atomu tal-bond Si-Si huwa 3.89 A, kif tifhem dan l-ispazjar? Fil-preżent, l-aktar magna tal-litografija eċċellenti fis-suq għandha preċiżjoni tal-litografija ta '3nm, li hija distanza ta' 30A, u l-eżattezza tal-litografija hija 8 darbiet dik tad-distanza atomika.

L-enerġija tal-bond Si-Si hija 310 kJ/mol, sabiex tkun tista 'tifhem li l-enerġija tal-bond hija l-forza li tiġbed dawn iż-żewġ atomi 'l bogħod minn xulxin, u iktar ma tkun kbira l-enerġija tal-bond, akbar tkun il-forza li għandek bżonn tiġbed.

 Pereżempju, l-atomi tas-Si huma kbar fid-dijametru, ekwivalenti għal tuffieħ, u l-atomi C huma żgħar fid-dijametru, ekwivalenti għal oranġjo, u numru ugwali ta 'larinġ u tuffieħ jinġabru flimkien biex jiffurmaw kristall SiC.

SiC huwa A kompost binarju, li fih l-ispazjar tal-atomu tal-bond Si-Si huwa 3.89 A, kif tifhem dan l-ispazjar? Fil-preżent, l-aktar magna tal-litografija eċċellenti fis-suq għandha preċiżjoni tal-litografija ta '3nm, li hija distanza ta' 30A, u l-eżattezza tal-litografija hija 8 darbiet dik tad-distanza atomika.

L-enerġija tal-bond Si-Si hija 310 kJ/mol, sabiex tkun tista 'tifhem li l-enerġija tal-bond hija l-forza li tiġbed dawn iż-żewġ atomi 'l bogħod minn xulxin, u iktar ma tkun kbira l-enerġija tal-bond, akbar tkun il-forza li għandek bżonn tiġbed.

Dijagramma skematika tal-istruttura tetrahedron tal-karbur tas-silikon

 Pereżempju, l-atomi tas-Si huma kbar fid-dijametru, ekwivalenti għal tuffieħ, u l-atomi C huma żgħar fid-dijametru, ekwivalenti għal oranġjo, u numru ugwali ta 'larinġ u tuffieħ jinġabru flimkien biex jiffurmaw kristall SiC.

SiC huwa A kompost binarju, li fih l-ispazjar tal-atomu tal-bond Si-Si huwa 3.89 A, kif tifhem dan l-ispazjar? Fil-preżent, l-aktar magna tal-litografija eċċellenti fis-suq għandha preċiżjoni tal-litografija ta '3nm, li hija distanza ta' 30A, u l-eżattezza tal-litografija hija 8 darbiet dik tad-distanza atomika.

L-enerġija tal-bond Si-Si hija 310 kJ/mol, sabiex tkun tista 'tifhem li l-enerġija tal-bond hija l-forza li tiġbed dawn iż-żewġ atomi 'l bogħod minn xulxin, u iktar ma tkun kbira l-enerġija tal-bond, akbar tkun il-forza li għandek bżonn tiġbed.

 Pereżempju, l-atomi tas-Si huma kbar fid-dijametru, ekwivalenti għal tuffieħ, u l-atomi C huma żgħar fid-dijametru, ekwivalenti għal oranġjo, u numru ugwali ta 'larinġ u tuffieħ jinġabru flimkien biex jiffurmaw kristall SiC.

SiC huwa A kompost binarju, li fih l-ispazjar tal-atomu tal-bond Si-Si huwa 3.89 A, kif tifhem dan l-ispazjar? Fil-preżent, l-aktar magna tal-litografija eċċellenti fis-suq għandha preċiżjoni tal-litografija ta '3nm, li hija distanza ta' 30A, u l-eżattezza tal-litografija hija 8 darbiet dik tad-distanza atomika.

L-enerġija tal-bond Si-Si hija 310 kJ/mol, sabiex tkun tista 'tifhem li l-enerġija tal-bond hija l-forza li tiġbed dawn iż-żewġ atomi 'l bogħod minn xulxin, u iktar ma tkun kbira l-enerġija tal-bond, akbar tkun il-forza li għandek bżonn tiġbed.

Nafu li kull sustanza hija magħmula minn atomi, u l-istruttura ta 'kristall hija arranġament regolari ta' atomi, li tissejjaħ ordni ta 'medda twila, bħal dan li ġej. L-iżgħar unità tal-kristall tissejjaħ ċellula, jekk iċ-ċellula hija struttura kubika, tissejjaħ kubi ippakkjat mill-qrib, u ċ-ċellula hija struttura eżagonali, tissejjaħ eżagonali ippakkjat mill-qrib.

Tipi komuni ta 'kristall SiC jinkludu 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC, eċċ Is-sekwenza ta' stivar tagħhom fid-direzzjoni tal-assi c hija murija fil-figura.

 

Fosthom, is-sekwenza bażika ta 'stacking ta' 4H-SiC hija ABCB... ; Is-sekwenza bażika ta 'stacking ta' 6H-SiC hija ABCACB... ; Is-sekwenza bażika ta 'stacking ta' 15R-SiC hija ABCACBCABACABCB... .

 

Dan jista 'jitqies bħala briks għall-bini ta' dar, xi wħud mill-briks tad-dar għandhom tliet modi kif iqiegħduhom, xi wħud għandhom erba 'modi kif iqiegħduhom, xi wħud għandhom sitt modi.
Il-parametri bażiċi taċ-ċelluli ta 'dawn it-tipi komuni ta' kristall SiC huma murija fit-tabella:

Xi jfissru a, b, c u angoli? L-istruttura tal-iżgħar ċellula ta 'unità f'semikonduttur SiC hija deskritta kif ġej:

Fil-każ tal-istess ċellula, l-istruttura tal-kristall tkun ukoll differenti, dan huwa bħal li nixtru l-lotterija, in-numru rebbieħ huwa 1, 2, 3, xtrajt 1, 2, 3 tliet numri, imma jekk in-numru jiġi magħżul b'mod differenti, l-ammont rebbieħ huwa differenti, għalhekk in-numru u l-ordni tal-istess kristall, jistgħu jissejħu l-istess kristall.
Il-figura li ġejja turi ż-żewġ modi ta 'stivar tipiċi, biss id-differenza fil-mod ta' stivar ta 'l-atomi ta' fuq, l-istruttura tal-kristall hija differenti.

L-istruttura tal-kristall iffurmata minn SiC hija relatata b'mod qawwi mat-temperatura. Taħt l-azzjoni ta 'temperatura għolja ta' 1900 ~ 2000 ℃, 3C-SiC se jittrasforma bil-mod f'poliforma SiC eżagonali bħal 6H-SiC minħabba l-istabbiltà strutturali fqira tiegħu. Huwa preċiżament minħabba l-korrelazzjoni qawwija bejn il-probabbiltà ta 'formazzjoni ta' polimorfi SiC u temperatura, u l-instabilità ta '3C-SiC innifsu, ir-rata ta' tkabbir ta '3C-SiC hija diffiċli biex titjieb, u l-preparazzjoni hija diffiċli. Is-sistema eżagonali ta '4H-SiC u 6H-SiC huma l-aktar komuni u aktar faċli biex jiġu ppreparati, u huma studjati b'mod wiesa' minħabba l-karatteristiċi tagħhom stess.

 It-tul tal-bond tal-bond SI-C fil-kristall SiC huwa biss 1.89A, iżda l-enerġija li torbot hija għolja daqs 4.53eV. Għalhekk, id-distakk fil-livell tal-enerġija bejn l-istat ta 'twaħħil u l-istat ta' kontra t-twaħħil huwa kbir ħafna, u jista 'jiġi ffurmat qasma ta' faxxa wiesgħa, li hija bosta drabi dik ta 'Si u GaAs. Il-wisa 'tal-faxxa ogħla tfisser li l-istruttura tal-kristall b'temperatura għolja hija stabbli. L-elettronika tal-qawwa assoċjata tista 'tirrealizza l-karatteristiċi ta' tħaddim stabbli f'temperaturi għoljin u struttura simplifikata ta 'dissipazzjoni tas-sħana.

Ir-rabta stretta tar-rabta Si-C tagħmel il-kannizzata jkollha frekwenza għolja ta 'vibrazzjoni, jiġifieri, fonon ta' enerġija għolja, li jfisser li l-kristall SiC għandu mobilità għolja ta 'elettroni saturati u konduttività termali, u l-apparat elettroniku ta' qawwa relatat għandu veloċità ogħla ta 'swiċċjar u affidabilità, li tnaqqas ir-riskju ta' nuqqas ta 'temperatura żejda tal-apparat. Barra minn hekk, is-saħħa tal-kamp tat-tqassim ogħla tas-SiC tippermettilha tikseb konċentrazzjonijiet ogħla ta 'doping u jkollha reżistenza aktar baxxa.

 It-tieni, l-istorja tal-iżvilupp tal-kristall SiC

 Fl-1905, Dr Henri Moissan skopra kristall SiC naturali fil-krater, li sab li jixbah djamant u semmieh id-djamant Mosan.

 Fil-fatt, sa mill-1885, Acheson kiseb SiC billi ħallat kokk mas-silika u saħħnu f'forn elettriku. Dak iż-żmien, in-nies ħaduha għal taħlita ta’ djamanti u sejħilha żmerill.

 Fl-1892, Acheson tejjeb il-proċess ta 'sinteżi, ħallat ramel tal-kwarz, kokk, ammont żgħir ta' ċipep tal-injam u NaCl, u saħħnu f'forn b'ark elettriku għal 2700 ℃, u kiseb b'suċċess kristalli SiC bil-qoxra. Dan il-metodu ta 'sintetizzazzjoni ta' kristalli SiC huwa magħruf bħala l-metodu Acheson u għadu l-metodu mainstream ta 'produzzjoni ta' abrażivi SiC fl-industrija. Minħabba l-purità baxxa ta 'materja prima sintetika u proċess ta' sinteżi mhux maħduma, il-metodu Acheson jipproduċi aktar impuritajiet SiC, integrità tal-kristall fqira u dijametru żgħir tal-kristall, li huwa diffiċli biex tissodisfa r-rekwiżiti tal-industrija tas-semikondutturi għal daqs kbir, purità għolja u għolja -kristalli ta 'kwalità, u ma jistgħux jintużaw għall-manifattura ta' apparat elettroniku.

 Lely tal-Laboratorju Philips ippropona metodu ġdid għat-tkabbir ta 'kristalli singoli tas-SiC fl-1955. F'dan il-metodu, il-griġjol tal-grafita jintuża bħala l-bastiment tat-tkabbir, il-kristall tat-trab tas-SiC jintuża bħala l-materja prima għat-tkabbir tal-kristall tas-SiC, u l-grafita poruża tintuża biex tiżola żona vojta miċ-ċentru tal-materja prima li qed tikber. Meta jikber, il-griġjol tal-grafita jissaħħan sa 2500 ℃ taħt l-atmosfera ta 'Ar jew H2, u t-trab periferali tas-SiC jiġi sublimat u dekompost f'sustanzi tal-fażi tal-fwar Si u C, u l-kristall SiC jitkabbar fir-reġjun vojt tan-nofs wara l-gass. fluss huwa trażmess permezz tal-grafita poruża.

It-tielet, it-teknoloġija tat-tkabbir tal-kristall SiC

It-tkabbir tal-kristall wieħed tas-SiC huwa diffiċli minħabba l-karatteristiċi tiegħu stess. Dan huwa prinċipalment minħabba l-fatt li m'hemm l-ebda fażi likwida bi proporzjon stojkjometriku ta 'Si: C = 1: 1 fi pressjoni atmosferika, u ma tistax titkabbar bil-metodi ta' tkabbir aktar maturi użati mill-proċess ta 'tkabbir mainstream attwali tas-semikondutturi. industrija - metodu cZ, metodu ta 'griġjol li jaqa' u metodi oħra. Skont il-kalkolu teoretiku, biss meta l-pressjoni tkun akbar minn 10E5atm u t-temperatura tkun ogħla minn 3200℃, jista 'jinkiseb il-proporzjon stojkjometriku ta' Si: C = 1:1 soluzzjoni. Sabiex tingħeleb din il-problema, ix-xjenzati għamlu sforzi bla waqfien biex jipproponu diversi metodi biex jiksbu kwalità għolja tal-kristall, daqs kbir u kristalli SiC irħas. Fil-preżent, il-metodi ewlenin huma l-metodu PVT, il-metodu tal-fażi likwida u l-metodu ta 'depożizzjoni kimika tal-fwar b'temperatura għolja.