समाचार - सिलिकन कार्बाइडको संरचना र विकास प्रविधि

पहिलो, संरचना र SiC क्रिस्टल को गुण.

SiC एक बाइनरी यौगिक हो जुन Si तत्व र C तत्वले 1:1 अनुपातमा बनाउँछ, अर्थात् 50% सिलिकन (Si) र 50% कार्बन (C), र यसको आधारभूत संरचनात्मक एकाई SI-C टेट्राहेड्रन हो।

सिलिकन कार्बाइड टेट्राहेड्रन संरचना का योजनाबद्ध रेखाचित्र

उदाहरणका लागि, Si परमाणुहरू व्यासमा ठूला हुन्छन्, स्याउ बराबर हुन्छन्, र C परमाणुहरू व्यासमा साना हुन्छन्, सुन्तलाको बराबर हुन्छन्, र समान संख्यामा सुन्तला र स्याउहरू एक SiC क्रिस्टल बनाउनका लागि एकसाथ थुप्रिएका हुन्छन्।

SiC एक बाइनरी यौगिक हो, जसमा Si-Si बन्ड एटम स्पेसिंग 3.89 A छ, यो स्पेसिंग कसरी बुझ्ने? हाल, बजारमा सबैभन्दा उत्कृष्ट लिथोग्राफी मेसिनमा 3nm को लिथोग्राफी शुद्धता छ, जुन 30A को दूरी हो, र लिथोग्राफी शुद्धता परमाणु दूरीको 8 गुणा हो।

Si-Si बन्ड ऊर्जा 310 kJ/mol छ, त्यसैले तपाईंले बुझ्न सक्नुहुन्छ कि बन्ड ऊर्जा भनेको बल हो जसले यी दुई परमाणुहरूलाई अलग गर्छ, र बन्ड ऊर्जा जति ठूलो हुन्छ, तपाईंले अलग गर्न आवश्यक पर्ने बल त्यति नै बढी हुन्छ।

सिलिकन कार्बाइड टेट्राहेड्रन संरचना का योजनाबद्ध रेखाचित्र

हामीलाई थाहा छ कि प्रत्येक पदार्थ परमाणुहरू मिलेर बनेको हुन्छ, र क्रिस्टलको संरचना परमाणुहरूको नियमित व्यवस्था हो, जसलाई निम्नानुसार लामो-दायरा क्रम भनिन्छ। सबैभन्दा सानो क्रिस्टल एकाइलाई सेल भनिन्छ, यदि सेल घन संरचना हो भने, यसलाई क्लोज-प्याक्ड क्यूबिक भनिन्छ, र सेल हेक्सागोनल संरचना हो, यसलाई क्लोज-प्याक्ड हेक्सागोनल भनिन्छ।

साधारण SiC क्रिस्टल प्रकारहरूमा 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC, आदि समावेश छन्। c अक्ष दिशामा तिनीहरूको स्ट्याकिङ अनुक्रम चित्रमा देखाइएको छ।

ती मध्ये, 4H-SiC को आधारभूत स्ट्याकिङ अनुक्रम ABCB... ; 6H-SiC को आधारभूत स्ट्याकिङ अनुक्रम ABCACB हो... ; 15R-SiC को आधारभूत स्ट्याकिङ अनुक्रम ABCACBCCABACABCB हो...

यसलाई घर बनाउनको लागि इँटाको रूपमा हेर्न सकिन्छ, कुनै घरको इँटालाई तीनवटा तरिकाले राख्ने, कसैलाई चार तरिकाले राख्ने, कसैलाई छवटा तरिकाहरू छन्।
यी साधारण SiC क्रिस्टल प्रकारहरूको आधारभूत सेल प्यारामिटरहरू तालिकामा देखाइएको छ:

a, b, c र कोणको अर्थ के हो? SiC अर्धचालकमा सबैभन्दा सानो इकाई सेलको संरचना निम्नानुसार वर्णन गरिएको छ:

एउटै सेलको हकमा, क्रिस्टल संरचना पनि फरक हुनेछ, यो हामीले चिठ्ठा किन्ने जस्तै हो, विजेता नम्बर 1, 2, 3 हो, तपाईंले 1, 2, 3 तीन नम्बरहरू किन्नुभयो, तर यदि संख्या क्रमबद्ध छ भने फरक रूपमा, जित्ने रकम फरक छ, त्यसैले संख्या र एउटै क्रिस्टलको क्रम, एउटै क्रिस्टल भन्न सकिन्छ।
निम्न चित्रले दुई विशिष्ट स्ट्याकिंग मोडहरू देखाउँदछ, केवल माथिल्लो परमाणुहरूको स्ट्याकिंग मोडमा भिन्नता, क्रिस्टल संरचना फरक छ।

SiC द्वारा बनाईएको क्रिस्टल संरचना तापमानसँग कडा रूपमा सम्बन्धित छ। 1900 ~ 2000 ℃ को उच्च तापमानको कार्य अन्तर्गत, 3C-SiC बिस्तारै हेक्सागोनल SiC पोलिफर्ममा परिवर्तन हुनेछ जस्तै 6H-SiC कमजोर संरचनात्मक स्थिरताको कारण। यो ठ्याक्कै कारणले गर्दा SiC पोलिमोर्फहरू र तापमानको गठनको सम्भावना, र 3C-SiC को अस्थिरता बीचको बलियो सम्बन्धको कारणले गर्दा, 3C-SiC को वृद्धि दर सुधार गर्न गाह्रो छ, र तयारी गाह्रो छ। 4H-SiC र 6H-SiC को हेक्सागोनल प्रणाली सबैभन्दा सामान्य र तयार गर्न सजिलो छ, र तिनीहरूको आफ्नै विशेषताहरूको कारण व्यापक रूपमा अध्ययन गरिन्छ।

SiC क्रिस्टलमा SI-C बन्डको बन्ड लम्बाइ 1.89A मात्र हो, तर बाध्यकारी ऊर्जा 4.53eV जति उच्च छ। तसर्थ, बन्धन अवस्था र विरोधी बन्धन अवस्था बीच ऊर्जा स्तर अन्तर धेरै ठूलो छ, र एक फराकिलो ब्यान्ड ग्याप गठन गर्न सकिन्छ, जुन Si र GaAs को धेरै गुणा हो। उच्च ब्यान्ड ग्याप चौडाइ भनेको उच्च-तापमान क्रिस्टल संरचना स्थिर छ। सम्बन्धित पावर इलेक्ट्रोनिक्सले उच्च तापमान र सरलीकृत गर्मी अपव्यय संरचनामा स्थिर सञ्चालनको विशेषताहरू महसुस गर्न सक्छ।

Si-C बन्डको कडा बन्धनले जालीलाई उच्च कम्पन फ्रिक्वेन्सी बनाउँछ, त्यो हो, उच्च ऊर्जा फोनोन, जसको अर्थ SiC क्रिस्टलमा उच्च संतृप्त इलेक्ट्रोन गतिशीलता र थर्मल चालकता छ, र सम्बन्धित विद्युतीय इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू छन्। उच्च स्विचिंग गति र विश्वसनीयता, जसले उपकरणको अत्यधिक तापमान विफलताको जोखिम कम गर्दछ। थप रूपमा, SiC को उच्च ब्रेकडाउन फिल्ड बलले यसलाई उच्च डोपिङ सांद्रता प्राप्त गर्न र कम अन-प्रतिरोध गर्न अनुमति दिन्छ।

दोस्रो, SiC क्रिस्टल विकासको इतिहास

1905 मा, डा. हेनरी मोइसनले क्रेटरमा प्राकृतिक SiC क्रिस्टल पत्ता लगाए, जुन उनले हीरासँग मिल्दोजुल्दो भेट्टाए र यसलाई मोसन हीरा नाम दिए।

वास्तवमा, 1885 को शुरुवातमा, Acheson सिलिका संग कोक मिसाएर र विद्युतीय भट्टीमा तताएर SiC प्राप्त गरे। त्यतिबेला मानिसहरूले यसलाई हीराको मिश्रण सम्झेर एमरी भन्ने गर्थे।

1892 मा, Acheson ले संश्लेषण प्रक्रिया सुधार गर्यो, उनले क्वार्ट्ज बालुवा, कोक, काठ चिप्स र NaCl को एक सानो मात्रा मिलाइयो, र यसलाई 2700 ℃ मा एक इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस मा तत्यो, र सफलतापूर्वक स्केली SiC क्रिस्टल प्राप्त। SiC क्रिस्टलहरू संश्लेषण गर्ने यो विधिलाई Acheson विधि भनेर चिनिन्छ र अझै पनि उद्योगमा SiC abrasives उत्पादन गर्ने मुख्यधारा विधि हो। सिंथेटिक कच्चा पदार्थको कम शुद्धता र कुनै नराम्रो संश्लेषण प्रक्रियाको कारण, Acheson विधिले अधिक SiC अशुद्धता, कमजोर क्रिस्टल अखण्डता र सानो क्रिस्टल व्यास उत्पादन गर्दछ, जुन ठूलो आकार, उच्च शुद्धता र उच्चको लागि अर्धचालक उद्योगको आवश्यकताहरू पूरा गर्न गाह्रो छ। -गुणस्तरको क्रिस्टल, र इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू निर्माण गर्न प्रयोग गर्न सकिँदैन।

फिलिप्स प्रयोगशालाको लेलीले 1955 मा SiC एकल क्रिस्टलहरू बढाउनको लागि नयाँ विधि प्रस्ताव गरे। यस विधिमा, ग्रेफाइट क्रुसिबललाई विकास पोतको रूपमा प्रयोग गरिन्छ, SiC पाउडर क्रिस्टललाई SiC क्रिस्टल बढ्नको लागि कच्चा मालको रूपमा प्रयोग गरिन्छ, र झरझरा ग्रेफाइटलाई अलग गर्न प्रयोग गरिन्छ। बढ्दो कच्चा मालको केन्द्रबाट खाली ठाउँ। बढ्दै गर्दा, ग्रेफाइट क्रुसिबललाई Ar वा H2 को वायुमण्डल अन्तर्गत 2500 ℃ मा तताइन्छ, र परिधीय SiC पाउडर sublimed र Si र C भाप चरण पदार्थहरूमा विघटित हुन्छ, र SiC क्रिस्टल ग्यास पछि मध्य खोक्रो क्षेत्रमा बढ्छ। प्रवाह छिद्रपूर्ण ग्रेफाइट मार्फत प्रसारित हुन्छ।

तेस्रो, SiC क्रिस्टल वृद्धि प्रविधि

SiC को एकल क्रिस्टल वृद्धि यसको आफ्नै विशेषताहरु को कारण गाह्रो छ। यो मुख्यतया वायुमण्डलीय चापमा Si: C = 1:1 को stoichiometric अनुपात भएको कुनै तरल चरण नभएको कारण हो, र यो अर्धचालकको वर्तमान मुख्यधारा विकास प्रक्रिया द्वारा प्रयोग गरिएको अधिक परिपक्व वृद्धि विधिहरूद्वारा बढ्न सकिँदैन। उद्योग - cZ विधि, पतन क्रूसिबल विधि र अन्य विधिहरू। सैद्धान्तिक गणना अनुसार, जब दबाव 10E5atm भन्दा बढी छ र तापमान 3200℃ भन्दा बढी छ, मात्र Si: C = 1:1 समाधान को stoichiometric अनुपात प्राप्त गर्न सकिन्छ। यस समस्यालाई पार गर्न, वैज्ञानिकहरूले उच्च क्रिस्टल गुणस्तर, ठूलो आकार र सस्तो SiC क्रिस्टल प्राप्त गर्न विभिन्न विधिहरू प्रस्ताव गर्न निरन्तर प्रयासहरू गरेका छन्। हाल, मुख्य विधिहरू PVT विधि, तरल चरण विधि र उच्च तापक्रम वाष्प रासायनिक निक्षेप विधि हुन्।

पोस्ट समय: जनवरी-24-2024

सिलिकन कार्बाइडको संरचना र विकास प्रविधि (Ⅰ)