Silikon karbidin quruluşu və böyümə texnologiyası (Ⅰ)

Birincisi, SiC kristalının quruluşu və xassələri.

SiC, Si elementi və C elementi ilə 1:1 nisbətində, yəni 50% silikon (Si) və 50% karbon (C) tərəfindən əmələ gələn ikili birləşmədir və onun əsas struktur vahidi SI-C tetraedlidir.

Silisium karbid tetraedr quruluşunun sxematik diaqramı

 Məsələn, Si atomlarının diametri böyükdür, almaya bərabərdir, C atomları isə kiçik diametrlidir, portağala bərabərdir və bərabər sayda portağal və alma bir yerə yığılaraq SiC kristalını əmələ gətirir.

SiC, Si-Si bağının atom məsafəsi 3.89 A olan ikili birləşmədir, bu məsafəni necə başa düşmək olar? Hazırda bazarda ən mükəmməl litoqrafiya maşını 30A məsafədə olan 3nm litoqrafiya dəqiqliyinə malikdir və litoqrafiya dəqiqliyi atom məsafəsindən 8 dəfə çoxdur.

Si-Si bağının enerjisi 310 kJ/mol-dur, beləliklə, anlaya bilərsiniz ki, bağ enerjisi bu iki atomu bir-birindən ayıran qüvvədir və bağ enerjisi nə qədər çox olarsa, bir o qədər də ayırmaq üçün lazım olan qüvvədir.

 Məsələn, Si atomlarının diametri böyükdür, almaya bərabərdir, C atomları isə kiçik diametrlidir, portağala bərabərdir və bərabər sayda portağal və alma bir yerə yığılaraq SiC kristalını əmələ gətirir.

SiC, Si-Si bağının atom məsafəsi 3.89 A olan ikili birləşmədir, bu məsafəni necə başa düşmək olar? Hazırda bazarda ən mükəmməl litoqrafiya maşını 30A məsafədə olan 3nm litoqrafiya dəqiqliyinə malikdir və litoqrafiya dəqiqliyi atom məsafəsindən 8 dəfə çoxdur.

Si-Si bağının enerjisi 310 kJ/mol-dur, beləliklə, anlaya bilərsiniz ki, bağ enerjisi bu iki atomu bir-birindən ayıran qüvvədir və bağ enerjisi nə qədər çox olarsa, bir o qədər də ayırmaq üçün lazım olan qüvvədir.

Silisium karbid tetraedr quruluşunun sxematik diaqramı

 Məsələn, Si atomlarının diametri böyükdür, almaya bərabərdir, C atomları isə kiçik diametrlidir, portağala bərabərdir və bərabər sayda portağal və alma bir yerə yığılaraq SiC kristalını əmələ gətirir.

SiC, Si-Si bağının atom məsafəsi 3.89 A olan ikili birləşmədir, bu məsafəni necə başa düşmək olar? Hazırda bazarda ən mükəmməl litoqrafiya maşını 30A məsafədə olan 3nm litoqrafiya dəqiqliyinə malikdir və litoqrafiya dəqiqliyi atom məsafəsindən 8 dəfə çoxdur.

Si-Si bağının enerjisi 310 kJ/mol-dur, beləliklə, anlaya bilərsiniz ki, bağ enerjisi bu iki atomu bir-birindən ayıran qüvvədir və bağ enerjisi nə qədər çox olarsa, bir o qədər də ayırmaq üçün lazım olan qüvvədir.

 Məsələn, Si atomlarının diametri böyükdür, almaya bərabərdir, C atomları isə kiçik diametrlidir, portağala bərabərdir və bərabər sayda portağal və alma bir yerə yığılaraq SiC kristalını əmələ gətirir.

SiC, Si-Si bağının atom məsafəsi 3.89 A olan ikili birləşmədir, bu məsafəni necə başa düşmək olar? Hazırda bazarda ən mükəmməl litoqrafiya maşını 30A məsafədə olan 3nm litoqrafiya dəqiqliyinə malikdir və litoqrafiya dəqiqliyi atom məsafəsindən 8 dəfə çoxdur.

Si-Si bağının enerjisi 310 kJ/mol-dur, beləliklə, anlaya bilərsiniz ki, bağ enerjisi bu iki atomu bir-birindən ayıran qüvvədir və bağ enerjisi nə qədər çox olarsa, bir o qədər də ayırmaq üçün lazım olan qüvvədir.

Biz bilirik ki, hər bir maddə atomlardan ibarətdir və kristalın quruluşu atomların nizamlı düzülüşüdür ki, bu da aşağıdakı kimi uzunmüddətli nizam adlanır. Ən kiçik kristal vahid hüceyrə adlanır, əgər hüceyrə kubik quruluşdursa, yaxın qablaşdırılmış kub, hüceyrə altıbucaqlı quruluşdursa, sıx yığılmış altıbucaqlı adlanır.

Ümumi SiC kristal növlərinə 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC və s. daxildir. Onların c oxu istiqamətində yığılma ardıcıllığı şəkildə göstərilmişdir.

 

Onların arasında 4H-SiC-nin əsas yığma ardıcıllığı ABCB... ; 6H-SiC-nin əsas yığma ardıcıllığı ABCACB... ; 15R-SiC-nin əsas yığma ardıcıllığı ABCACBCABACABCB... .

 

Bu, ev tikmək üçün bir kərpic kimi görünə bilər, ev kərpiclərinin bəzilərinin üç yerləşdirmə üsulu, bəzilərinin dörd yerləşdirilməsi, bəzilərinin altı yolu var.
Bu ümumi SiC kristal növlərinin əsas hüceyrə parametrləri cədvəldə göstərilmişdir:

a, b, c və bucaqlar nə deməkdir? SiC yarımkeçiricinin ən kiçik vahid hüceyrəsinin quruluşu aşağıdakı kimi təsvir edilmişdir:

Eyni hücrə vəziyyətində kristal quruluşu da fərqli olacaq, bu, lotereya aldığımız kimi, uduş nömrəsi 1, 2, 3, siz 1, 2, 3 üç nömrə almısınız, amma nömrə sıralanırsa fərqli olaraq, uduş məbləği fərqlidir, buna görə də eyni kristalın sayı və sırası eyni kristal adlandırıla bilər.
Aşağıdakı şəkildə iki tipik yığma rejimi göstərilir, yalnız yuxarı atomların yığma rejimində fərq, kristal quruluşu fərqlidir.

SiC-nin əmələ gətirdiyi kristal quruluşu temperaturla güclü şəkildə bağlıdır. 1900 ~ 2000 ℃ yüksək temperaturun təsiri altında 3C-SiC zəif struktur sabitliyinə görə yavaş-yavaş 6H-SiC kimi altıbucaqlı SiC poliformuna çevriləcəkdir. Məhz SiC polimorflarının əmələ gəlməsi ehtimalı ilə temperatur və 3C-SiC-nin özünün qeyri-sabitliyi arasında güclü korrelyasiya olduğundan, 3C-SiC-nin böyümə sürətini yaxşılaşdırmaq çətindir və hazırlanması çətindir. 4H-SiC və 6H-SiC-nin altıbucaqlı sistemi ən çox yayılmış və hazırlanması daha asandır və öz xüsusiyyətlərinə görə geniş şəkildə öyrənilir.

 SiC kristalında SI-C bağının bağ uzunluğu cəmi 1.89A, lakin bağlanma enerjisi 4.53eV qədər yüksəkdir. Buna görə də, bağlanma vəziyyəti ilə anti-bağlanma vəziyyəti arasında enerji səviyyəsi fərqi çox böyükdür və Si və GaAs-dan bir neçə dəfə çox olan geniş bir zolaq boşluğu yarana bilər. Daha yüksək bant boşluğu eni yüksək temperaturlu kristal quruluşun sabit olduğunu bildirir. Əlaqədar güc elektronikası yüksək temperaturda sabit işləmə xüsusiyyətlərini və sadələşdirilmiş istilik yayılması strukturunu həyata keçirə bilər.

Si-C bağının sıx bağlanması qəfəsin yüksək vibrasiya tezliyinə, yəni yüksək enerjili fonona malik olmasını təmin edir, bu o deməkdir ki, SiC kristalı yüksək doymuş elektron hərəkətliliyinə və istilik keçiriciliyinə malikdir və müvafiq güc elektron cihazları daha yüksək keçid sürəti və etibarlılığı, bu da cihazın həddindən artıq istiliyində nasazlıq riskini azaldır. Bundan əlavə, SiC-nin daha yüksək parçalanma sahəsinin gücü ona daha yüksək dopinq konsentrasiyası əldə etməyə və daha aşağı müqavimətə malik olmağa imkan verir.

 İkincisi, SiC kristallarının inkişafı tarixi

 1905-ci ildə doktor Henri Moissan kraterdə təbii SiC kristalını kəşf etdi və onun almaza bənzədiyini tapdı və onu Mosan almazı adlandırdı.

 Əslində, hələ 1885-ci ildə Acheson koksu silisiumla qarışdıraraq və elektrik sobasında qızdırmaqla SiC əldə etmişdir. O zaman insanlar onu brilyant qarışığı kimi qəbul edərək zümrüd adlandırırdılar.

 1892-ci ildə Acheson sintez prosesini təkmilləşdirdi, kvars qumu, koks, az miqdarda ağac çipləri və NaCl-ni qarışdırdı və onu elektrik qövs sobasında 2700 ° C-ə qədər qızdırdı və müvəffəqiyyətlə pullu SiC kristallarını əldə etdi. SiC kristallarının sintezinin bu üsulu Acheson üsulu kimi tanınır və hələ də sənayedə SiC abrazivlərinin istehsalının əsas üsuludur. Sintetik xammalın aşağı təmizliyi və kobud sintez prosesi sayəsində Acheson metodu daha çox SiC çirkləri, zəif kristal bütövlüyü və kiçik kristal diametri istehsal edir ki, bu da yarımkeçirici sənayenin böyük ölçülü, yüksək təmizlik və yüksək məhsul tələblərinə cavab vermək çətindir. -keyfiyyətli kristallardır və elektron cihazların istehsalı üçün istifadə edilə bilməz.

 Philips Laboratoriyasından Lely 1955-ci ildə SiC monokristallarının yetişdirilməsi üçün yeni üsul təklif etdi. Bu üsulda böyümə qabı kimi qrafit potasından, SiC kristalının yetişdirilməsi üçün xammal kimi SiC toz kristalından və təcrid etmək üçün məsaməli qrafitdən istifadə olunur. artan xammalın mərkəzindən boş bir sahə. Böyüdükdə, qrafit pota Ar və ya H2 atmosferi altında 2500 ° C-ə qədər qızdırılır və periferik SiC tozu sublimasiya olunur və Si və C buxar fazası maddələrinə parçalanır və SiC kristalı qazdan sonra orta boşluqda böyüyür. axın məsaməli qrafit vasitəsilə ötürülür.

Üçüncüsü, SiC kristal böyüməsi texnologiyası

SiC-nin monokristal böyüməsi öz xüsusiyyətlərinə görə çətindir. Bu, əsasən, atmosfer təzyiqində Si: C = 1: 1 stokiometrik nisbəti olan maye fazanın olmaması ilə əlaqədardır və yarımkeçiricinin hazırkı əsas artım prosesi tərəfindən istifadə edilən daha yetkin böyümə üsulları ilə yetişdirilə bilməz. sənaye - cZ üsulu, düşən pota üsulu və digər üsullar. Nəzəri hesablamaya görə, yalnız təzyiq 10E5atm-dən çox olduqda və temperatur 3200℃-dən yüksək olduqda, Si: C = 1: 1 məhlulunun stokiometrik nisbəti əldə edilə bilər. Bu problemi aradan qaldırmaq üçün elm adamları yüksək kristal keyfiyyəti, böyük ölçülü və ucuz SiC kristalları əldə etmək üçün müxtəlif üsullar təklif etmək üçün fasiləsiz səylər göstərdilər. Hazırda əsas üsullar PVT üsulu, maye faza üsulu və yüksək temperaturda buxar kimyəvi çökmə üsuludur.