Struktura dhe teknologjia e rritjes së karbitit të silikonit (Ⅰ)

Së pari, struktura dhe vetitë e kristalit SiC.

SiC është një përbërje binar e formuar nga elementi Si dhe elementi C në raport 1:1, domethënë 50% silic (Si) dhe 50% karbon (C), dhe njësia strukturore e tij bazë është tetraedri SI-C.

Diagrami skematik i strukturës së tetraedrit të karbitit të silikonit

 Për shembull, atomet Si janë të mëdha në diametër, ekuivalente me një mollë, dhe atomet C janë në diametër të vogël, ekuivalente me një portokall, dhe një numër i barabartë portokalli dhe mollësh grumbullohen së bashku për të formuar një kristal SiC.

SiC është një përbërje binar, në të cilën hapësira e atomeve të lidhjes Si-Si është 3,89 A, si ta kuptojmë këtë ndarje?Aktualisht, makina më e shkëlqyer e litografisë në treg ka një saktësi litografike prej 3 nm, që është një distancë prej 30 A, dhe saktësia e litografisë është 8 herë më e madhe se ajo e distancës atomike.

Energjia e lidhjes Si-Si është 310 kJ/mol, kështu që ju mund të kuptoni se energjia e lidhjes është forca që i largon këta dy atome, dhe sa më e madhe të jetë energjia e lidhjes, aq më e madhe është forca që ju nevojitet për të shkëputur.

 Për shembull, atomet Si janë të mëdha në diametër, ekuivalente me një mollë, dhe atomet C janë në diametër të vogël, ekuivalente me një portokall, dhe një numër i barabartë portokalli dhe mollësh grumbullohen së bashku për të formuar një kristal SiC.

SiC është një përbërje binar, në të cilën hapësira e atomeve të lidhjes Si-Si është 3,89 A, si ta kuptojmë këtë ndarje?Aktualisht, makina më e shkëlqyer e litografisë në treg ka një saktësi litografike prej 3 nm, që është një distancë prej 30 A, dhe saktësia e litografisë është 8 herë më e madhe se ajo e distancës atomike.

Energjia e lidhjes Si-Si është 310 kJ/mol, kështu që ju mund të kuptoni se energjia e lidhjes është forca që i largon këta dy atome, dhe sa më e madhe të jetë energjia e lidhjes, aq më e madhe është forca që ju nevojitet për të shkëputur.

Diagrami skematik i strukturës së tetraedrit të karbitit të silikonit

 Për shembull, atomet Si janë të mëdha në diametër, ekuivalente me një mollë, dhe atomet C janë në diametër të vogël, ekuivalente me një portokall, dhe një numër i barabartë portokalli dhe mollësh grumbullohen së bashku për të formuar një kristal SiC.

SiC është një përbërje binar, në të cilën hapësira e atomeve të lidhjes Si-Si është 3,89 A, si ta kuptojmë këtë ndarje?Aktualisht, makina më e shkëlqyer e litografisë në treg ka një saktësi litografike prej 3 nm, që është një distancë prej 30 A, dhe saktësia e litografisë është 8 herë më e madhe se ajo e distancës atomike.

Energjia e lidhjes Si-Si është 310 kJ/mol, kështu që ju mund të kuptoni se energjia e lidhjes është forca që i largon këta dy atome, dhe sa më e madhe të jetë energjia e lidhjes, aq më e madhe është forca që ju nevojitet për të shkëputur.

 Për shembull, atomet Si janë të mëdha në diametër, ekuivalente me një mollë, dhe atomet C janë në diametër të vogël, ekuivalente me një portokall, dhe një numër i barabartë portokalli dhe mollësh grumbullohen së bashku për të formuar një kristal SiC.

SiC është një përbërje binar, në të cilën hapësira e atomeve të lidhjes Si-Si është 3,89 A, si ta kuptojmë këtë ndarje?Aktualisht, makina më e shkëlqyer e litografisë në treg ka një saktësi litografike prej 3 nm, që është një distancë prej 30 A, dhe saktësia e litografisë është 8 herë më e madhe se ajo e distancës atomike.

Energjia e lidhjes Si-Si është 310 kJ/mol, kështu që ju mund të kuptoni se energjia e lidhjes është forca që i largon këta dy atome, dhe sa më e madhe të jetë energjia e lidhjes, aq më e madhe është forca që ju nevojitet për të shkëputur.

Ne e dimë se çdo substancë përbëhet nga atome, dhe struktura e një kristali është një rregullim i rregullt i atomeve, i cili quhet një renditje me rreze të gjatë, si më poshtë.Njësia më e vogël kristalore quhet qelizë, nëse qeliza është një strukturë kubike, quhet kub e ngushtë, dhe qeliza është një strukturë gjashtëkëndore, quhet gjashtëkëndore e mbushur ngushtë.

Llojet e zakonshme të kristaleve SiC përfshijnë 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC, etj. Sekuenca e tyre e grumbullimit në drejtimin e boshtit c tregohet në figurë.

 

Midis tyre, sekuenca bazë e grumbullimit të 4H-SiC është ABCB... ;Sekuenca bazë e grumbullimit të 6H-SiC është ABCACB... ;Sekuenca bazë e grumbullimit të 15R-SiC është ABCACBCABACABCB... .

 

Kjo mund të shihet si një tullë për ndërtimin e një shtëpie, disa nga tullat e shtëpisë kanë tre mënyra për t'i vendosur ato, disa kanë katër mënyra për t'i vendosur ato, disa kanë gjashtë mënyra.
Parametrat bazë të qelizave të këtyre llojeve të zakonshme të kristaleve SiC janë paraqitur në tabelë:

Çfarë kuptimi kanë a, b, c dhe këndet?Struktura e qelizës më të vogël të njësisë në një gjysmëpërçues SiC përshkruhet si më poshtë:

Në rastin e së njëjtës qelizë, edhe struktura kristalore do të jetë e ndryshme, kjo është sikur blejmë shortin, numri fitues është 1, 2, 3, keni blerë 1, 2, 3 tre numra, por nëse numri është i renditur ndryshe, shuma fituese është e ndryshme, kështu që numri dhe renditja e të njëjtit kristal, mund të quhet i njëjti kristal.
Figura e mëposhtme tregon dy mënyrat tipike të grumbullimit, vetëm ndryshimi në mënyrën e grumbullimit të atomeve të sipërme, struktura kristalore është e ndryshme.

Struktura kristalore e formuar nga SiC është e lidhur fort me temperaturën.Nën veprimin e temperaturës së lartë prej 1900 ~ 2000 ℃, 3C-SiC do të shndërrohet ngadalë në poliformë gjashtëkëndore SiC si 6H-SiC për shkak të stabilitetit të dobët strukturor.Është pikërisht për shkak të korrelacionit të fortë midis probabilitetit të formimit të polimorfeve të SiC dhe temperaturës, dhe paqëndrueshmërisë së vetë 3C-SiC, shkalla e rritjes së 3C-SiC është e vështirë të përmirësohet dhe përgatitja është e vështirë.Sistemi gjashtëkëndor i 4H-SiC dhe 6H-SiC janë më të zakonshmet dhe më të lehta për t'u përgatitur dhe janë studiuar gjerësisht për shkak të karakteristikave të tyre.

 Gjatësia e lidhjes së lidhjes SI-C në kristalin SiC është vetëm 1.89A, por energjia e lidhjes është aq e lartë sa 4.53 eV.Prandaj, hendeku i nivelit të energjisë midis gjendjes së lidhjes dhe gjendjes kundër lidhjes është shumë i madh dhe mund të formohet një hendek i gjerë brezi, i cili është disa herë ai i Si dhe GaAs.Gjerësia më e madhe e hendekut të brezit do të thotë që struktura kristalore me temperaturë të lartë është e qëndrueshme.Elektronika e lidhur me fuqinë mund të realizojë karakteristikat e funksionimit të qëndrueshëm në temperatura të larta dhe strukturën e thjeshtuar të shpërndarjes së nxehtësisë.

Lidhja e ngushtë e lidhjes Si-C bën që rrjeta të ketë një frekuencë të lartë vibrimi, domethënë një fonon me energji të lartë, që do të thotë se kristali SiC ka një lëvizshmëri të lartë të elektroneve të ngopur dhe përçueshmëri termike, dhe pajisjet elektronike të fuqisë përkatëse kanë një shpejtësi dhe besueshmëri më e lartë e ndërrimit, gjë që zvogëlon rrezikun e dështimit të temperaturës së tepërt të pajisjes.Për më tepër, forca më e lartë e fushës së prishjes së SiC e lejon atë të arrijë përqendrime më të larta të dopingut dhe të ketë rezistencë më të ulët ndaj tij.

 Së dyti, historia e zhvillimit të kristalit SiC

 Në vitin 1905, Dr. Henri Moissan zbuloi një kristal natyral SiC në krater, të cilin ai e gjeti se i ngjante një diamanti dhe e quajti atë diamanti Mosan.

 Në fakt, qysh në vitin 1885, Acheson mori SiC duke përzier koksin me silicë dhe duke e ngrohur atë në një furrë elektrike.Në atë kohë, njerëzit e ngatërruan atë me një përzierje diamantesh dhe e quajtën zmerile.

 Në vitin 1892, Acheson përmirësoi procesin e sintezës, ai përziu rërën e kuarcit, koksin, një sasi të vogël copëza druri dhe NaCl dhe e ngrohi atë në një furrë me hark elektrik në 2700℃ dhe fitoi me sukses kristale me luspa SiC.Kjo metodë e sintetizimit të kristaleve SiC njihet si metoda Acheson dhe është ende metoda kryesore e prodhimit të gërryesve SiC në industri.Për shkak të pastërtisë së ulët të lëndëve të para sintetike dhe procesit të përafërt të sintezës, metoda Acheson prodhon më shumë papastërti SiC, integritet të dobët kristal dhe diametër të vogël kristal, i cili është i vështirë për të përmbushur kërkesat e industrisë së gjysmëpërçuesve për madhësi të madhe, pastërti të lartë dhe të lartë. -kristale cilësore dhe nuk mund të përdoren për të prodhuar pajisje elektronike.

 Lely nga Philips Laboratory propozoi një metodë të re për rritjen e kristaleve të SiC në vitin 1955. Në këtë metodë, kristali i grafit përdoret si enë rritjeje, kristali pluhur SiC përdoret si lëndë e parë për rritjen e kristalit SiC dhe grafiti poroz përdoret për të izoluar një zonë e zbrazët nga qendra e lëndës së parë në rritje.Kur rritet, gropa e grafit nxehet në 2500℃ nën atmosferën e Ar ose H2, dhe pluhuri periferik SiC sublimohet dhe zbërthehet në substanca të fazës së avullit Si dhe C, dhe kristali SiC rritet në rajonin e mesëm të zgavrës pas gazit. rrjedha transmetohet përmes grafitit poroz.

Së treti, teknologjia e rritjes së kristaleve SiC

Rritja e vetme kristalore e SiC është e vështirë për shkak të karakteristikave të veta.Kjo është kryesisht për shkak të faktit se nuk ka fazë të lëngshme me një raport stoikiometrik Si: C = 1:1 në presionin atmosferik dhe nuk mund të rritet me metodat më të pjekura të rritjes të përdorura nga procesi aktual i rritjes së gjysmëpërçuesit. industria - metoda cZ, metoda e kutisë së rënë dhe metoda të tjera.Sipas llogaritjes teorike, vetëm kur presioni është më i madh se 10E5atm dhe temperatura është më e lartë se 3200℃, mund të merret raporti stekiometrik i tretësirës Si: C = 1:1.Për të kapërcyer këtë problem, shkencëtarët kanë bërë përpjekje të pandërprera për të propozuar metoda të ndryshme për të përftuar kristal me cilësi të lartë kristal, përmasa të mëdha dhe kristale të lira SiC.Aktualisht, metodat kryesore janë metoda PVT, metoda e fazës së lëngshme dhe metoda e depozitimit kimik të avullit me temperaturë të lartë.