Kwanza, muundo na mali ya kioo cha SiC.
SiC ni kiwanja cha binary kilichoundwa na kipengele cha Si na kipengele cha C katika uwiano wa 1: 1, yaani, 50% ya silicon (Si) na 50% ya kaboni (C), na kitengo chake cha msingi cha kimuundo ni SI-C tetrahedron.
Mchoro wa mchoro wa muundo wa tetrahedron ya silicon carbide
Kwa mfano, atomi za Si ni kubwa kwa kipenyo, sawa na tufaha, na atomi za C ni ndogo kwa kipenyo, sawa na chungwa, na idadi sawa ya machungwa na tufaha hurundikwa pamoja ili kuunda fuwele ya SiC.
SiC ni Mchanganyiko wa binary, ambapo nafasi ya atomi ya dhamana ya Si-Si ni 3.89 A, jinsi ya kuelewa nafasi hii? Kwa sasa, mashine bora zaidi ya lithography kwenye soko ina usahihi wa lithography ya 3nm, ambayo ni umbali wa 30A, na usahihi wa lithography ni mara 8 ya umbali wa atomiki.
Nishati ya dhamana ya Si-Si ni 310 kJ/mol, kwa hivyo unaweza kuelewa kwamba nishati ya dhamana ni nguvu inayovuta atomi hizi mbili kando, na nguvu kubwa ya dhamana, ndivyo nguvu zaidi unayohitaji kuvuta.
Kwa mfano, atomi za Si ni kubwa kwa kipenyo, sawa na tufaha, na atomi za C ni ndogo kwa kipenyo, sawa na chungwa, na idadi sawa ya machungwa na tufaha hurundikwa pamoja ili kuunda fuwele ya SiC.
SiC ni Mchanganyiko wa binary, ambapo nafasi ya atomi ya dhamana ya Si-Si ni 3.89 A, jinsi ya kuelewa nafasi hii? Kwa sasa, mashine bora zaidi ya lithography kwenye soko ina usahihi wa lithography ya 3nm, ambayo ni umbali wa 30A, na usahihi wa lithography ni mara 8 ya umbali wa atomiki.
Nishati ya dhamana ya Si-Si ni 310 kJ/mol, kwa hivyo unaweza kuelewa kwamba nishati ya dhamana ni nguvu inayovuta atomi hizi mbili kando, na nguvu kubwa ya dhamana, ndivyo nguvu zaidi unayohitaji kuvuta.
Mchoro wa mchoro wa muundo wa tetrahedron ya silicon carbide
Kwa mfano, atomi za Si ni kubwa kwa kipenyo, sawa na tufaha, na atomi za C ni ndogo kwa kipenyo, sawa na chungwa, na idadi sawa ya machungwa na tufaha hurundikwa pamoja ili kuunda fuwele ya SiC.
SiC ni Mchanganyiko wa binary, ambapo nafasi ya atomi ya dhamana ya Si-Si ni 3.89 A, jinsi ya kuelewa nafasi hii? Kwa sasa, mashine bora zaidi ya lithography kwenye soko ina usahihi wa lithography ya 3nm, ambayo ni umbali wa 30A, na usahihi wa lithography ni mara 8 ya umbali wa atomiki.
Nishati ya dhamana ya Si-Si ni 310 kJ/mol, kwa hivyo unaweza kuelewa kwamba nishati ya dhamana ni nguvu inayovuta atomi hizi mbili kando, na nguvu kubwa ya dhamana, ndivyo nguvu zaidi unayohitaji kuvuta.
Kwa mfano, atomi za Si ni kubwa kwa kipenyo, sawa na tufaha, na atomi za C ni ndogo kwa kipenyo, sawa na chungwa, na idadi sawa ya machungwa na tufaha hurundikwa pamoja ili kuunda fuwele ya SiC.
SiC ni Mchanganyiko wa binary, ambapo nafasi ya atomi ya dhamana ya Si-Si ni 3.89 A, jinsi ya kuelewa nafasi hii? Kwa sasa, mashine bora zaidi ya lithography kwenye soko ina usahihi wa lithography ya 3nm, ambayo ni umbali wa 30A, na usahihi wa lithography ni mara 8 ya umbali wa atomiki.
Nishati ya dhamana ya Si-Si ni 310 kJ/mol, kwa hivyo unaweza kuelewa kwamba nishati ya dhamana ni nguvu inayovuta atomi hizi mbili kando, na nguvu kubwa ya dhamana, ndivyo nguvu zaidi unayohitaji kuvuta.
Tunajua kwamba kila dutu imeundwa na atomi, na muundo wa kioo ni mpangilio wa kawaida wa atomi, ambao huitwa utaratibu wa masafa marefu, kama ifuatavyo. Kitengo kidogo cha kioo kinaitwa kiini, ikiwa kiini ni muundo wa ujazo, inaitwa cubic iliyofungwa karibu, na kiini ni muundo wa hexagonal, inaitwa karibu-packed hexagonal.
Aina za fuwele za kawaida za SiC ni pamoja na 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC, nk. Mlolongo wao wa stacking katika mwelekeo wa mhimili wa c unaonyeshwa kwenye takwimu.
Miongoni mwao, mlolongo wa msingi wa stacking wa 4H-SiC ni ABCB... ; Mlolongo wa msingi wa stacking wa 6H-SiC ni ABCACB... ; Mlolongo wa msingi wa kuweka mrundikano wa 15R-SiC ni ABCACBCABACABCB... .
Hii inaweza kuonekana kama tofali kwa ajili ya kujenga nyumba, baadhi ya matofali ya nyumba yana njia tatu za kuziweka, nyingine zina njia nne za kuziweka, nyingine zina njia sita.
Vigezo vya msingi vya seli za aina hizi za fuwele za SiC zinaonyeshwa kwenye jedwali:
A, b, c na pembe inamaanisha nini? Muundo wa seli ndogo ya kitengo katika semiconductor ya SiC imeelezewa kama ifuatavyo:
Kwa upande wa seli moja, muundo wa fuwele pia utakuwa tofauti, hii ni kama tunanunua bahati nasibu, nambari iliyoshinda ni 1, 2, 3, ulinunua 1, 2, 3 nambari tatu, lakini ikiwa nambari imepangwa. tofauti, kiasi cha kushinda ni tofauti, hivyo idadi na utaratibu wa kioo sawa, inaweza kuitwa kioo sawa.
takwimu zifuatazo inaonyesha mbili kawaida stacking modes, tu tofauti katika stacking mode ya atomi ya juu, muundo wa kioo ni tofauti.
Muundo wa kioo unaoundwa na SiC unahusiana sana na joto. Chini ya hatua ya joto la juu la 1900 ~ 2000 ℃, 3C-SiC itabadilika polepole kuwa polifomu ya SiC yenye hexagonal kama vile 6H-SiC kwa sababu ya uthabiti wake duni wa muundo. Ni kwa sababu ya uwiano mkubwa kati ya uwezekano wa kuundwa kwa polymorphs ya SiC na joto, na kutokuwa na utulivu wa 3C-SiC yenyewe, kiwango cha ukuaji wa 3C-SiC ni vigumu kuboresha, na maandalizi ni vigumu. Mfumo wa hexagonal wa 4H-SiC na 6H-SiC ni wa kawaida na rahisi zaidi kuandaa, na hujifunza sana kutokana na sifa zao wenyewe.
Urefu wa dhamana ya dhamana ya SI-C katika fuwele ya SiC ni 1.89A pekee, lakini nishati ya kuunganisha ni ya juu kama 4.53eV. Kwa hiyo, pengo la kiwango cha nishati kati ya hali ya kuunganisha na hali ya kupambana na kuunganisha ni kubwa sana, na pengo pana la bendi linaweza kuundwa, ambalo ni mara kadhaa ya Si na GaAs. Upana wa pengo la bendi ya juu inamaanisha kuwa muundo wa fuwele wa halijoto ya juu ni thabiti. Elektroniki za nguvu zinazohusiana zinaweza kutambua sifa za operesheni thabiti kwa joto la juu na muundo rahisi wa utaftaji wa joto.
Ufungaji mkali wa dhamana ya Si-C hufanya kimiani kuwa na masafa ya juu ya mtetemo, yaani, sauti ya juu ya nishati, ambayo ina maana kwamba kioo cha SiC kina uhamaji wa juu wa elektroni na conductivity ya mafuta, na vifaa vya umeme vinavyohusiana vina kasi ya juu ya kubadili na kuegemea, ambayo hupunguza hatari ya kushindwa kwa joto la juu la kifaa. Kwa kuongezea, nguvu ya juu ya uwanja wa kuvunjika kwa SiC inaruhusu kufikia viwango vya juu vya doping na kuwa na upinzani mdogo wa kupinga.
Pili, historia ya maendeleo ya kioo ya SiC
Mnamo mwaka wa 1905, Dk. Henri Moissan aligundua fuwele ya asili ya SiC katika kreta, ambayo alipata inafanana na almasi na akaiita almasi ya Mosan.
Kwa kweli, mapema kama 1885, Acheson alipata SiC kwa kuchanganya coke na silika na kuipasha moto katika tanuru ya umeme. Wakati huo, watu walidhani kuwa ni mchanganyiko wa almasi na kuiita emery.
Mnamo mwaka wa 1892, Acheson aliboresha mchakato wa awali, alichanganya mchanga wa quartz, coke, kiasi kidogo cha chips za kuni na NaCl, na akaiweka kwenye tanuru ya umeme ya arc hadi 2700 ℃, na akafanikiwa kupata fuwele za SiC za magamba. Njia hii ya kuunganisha fuwele za SiC inajulikana kama njia ya Acheson na bado ni njia kuu ya kutengeneza abrasives za SiC katika sekta. Kwa sababu ya usafi mdogo wa malighafi ya sintetiki na mchakato mbaya wa usanisi, njia ya Acheson hutoa uchafu zaidi wa SiC, uadilifu duni wa fuwele na kipenyo kidogo cha fuwele, ambayo ni ngumu kukidhi mahitaji ya tasnia ya semiconductor kwa ukubwa mkubwa, usafi wa hali ya juu na wa juu. fuwele za ubora, na haziwezi kutumika kutengeneza vifaa vya elektroniki.
Lely wa Maabara ya Philips alipendekeza mbinu mpya ya kukuza fuwele za SiC moja mwaka wa 1955. Kwa njia hii, crucible ya grafiti hutumiwa kama chombo cha ukuaji, kioo cha poda ya SiC hutumiwa kama malighafi ya kukuza fuwele ya SiC, na grafiti ya porous hutumiwa kutenganisha. eneo lenye mashimo kutoka katikati ya malighafi inayokua. Wakati wa kukua, crucible ya grafiti huwashwa hadi 2500 ℃ chini ya anga ya Ar au H2, na poda ya SiC ya pembeni hupunguzwa na kuharibiwa kuwa vitu vya awamu ya mvuke ya Si na C, na kioo cha SiC hupandwa katika eneo la katikati la mashimo baada ya gesi. mtiririko hupitishwa kupitia grafiti ya porous.
Tatu, teknolojia ya ukuaji wa fuwele ya SiC
Ukuaji wa glasi moja ya SiC ni ngumu kwa sababu ya sifa zake. Hii ni hasa kutokana na ukweli kwamba hakuna awamu ya kioevu yenye uwiano wa stoichiometric wa Si: C = 1: 1 kwa shinikizo la anga, na haiwezi kukuzwa na mbinu za ukuaji wa kukomaa zaidi zinazotumiwa na mchakato wa sasa wa ukuaji wa kawaida wa semiconductor. sekta - cZ njia, kuanguka crucible njia na njia nyingine. Kulingana na hesabu ya kinadharia, tu wakati shinikizo ni kubwa kuliko 10E5atm na joto ni kubwa kuliko 3200 ℃, uwiano wa stoichiometric wa Si: C = 1: 1 ufumbuzi unaweza kupatikana. Ili kuondokana na tatizo hili, wanasayansi wamefanya jitihada zisizo na mwisho za kupendekeza mbinu mbalimbali za kupata ubora wa juu wa kioo, ukubwa mkubwa na fuwele za bei nafuu za SiC. Kwa sasa, mbinu kuu ni njia ya PVT, njia ya awamu ya kioevu na njia ya uwekaji wa kemikali ya mvuke ya joto la juu.
Muda wa kutuma: Jan-24-2024