Istruktura ug teknolohiya sa pagtubo sa silicon carbide (Ⅰ)

Una, ang istruktura ug mga kabtangan sa SiC nga kristal.

Ang SiC usa ka binary compound nga naporma sa Si element ug C nga elemento sa 1:1 ratio, nga mao, 50% silicon (Si) ug 50% carbon (C), ug ang batakang structural unit niini mao ang SI-C tetrahedron.

Schematic diagram sa silicon carbide tetrahedron structure

 Pananglitan, ang mga atomo sa Si dako ang diyametro, katumbas sa usa ka mansanas, ug ang mga atomo sa C gamay ang diyametro, katumbas sa usa ka kahel, ug usa ka managsama nga gidaghanon sa mga kahel ug mansanas ang gitapok aron mahimong usa ka kristal nga SiC.

Ang SiC usa ka binary compound, diin ang Si-Si bond atom nga gilay-on mao ang 3.89 A, unsaon pagsabot niini nga gilay-on?Sa pagkakaron, ang labing maayo nga makina sa lithography sa merkado adunay katukma sa lithography nga 3nm, nga usa ka gilay-on nga 30A, ug ang katukma sa lithography 8 ka beses kaysa sa distansya sa atomic.

Ang Si-Si bond energy kay 310 kJ/mol, para masabtan nimo nga ang bond energy mao ang puwersa nga nagbira niining duha ka atomo, ug kon mas dako ang bond energy, mas dako ang puwersa nga kinahanglan nimong ibulag.

 Pananglitan, ang mga atomo sa Si dako ang diyametro, katumbas sa usa ka mansanas, ug ang mga atomo sa C gamay ang diyametro, katumbas sa usa ka kahel, ug usa ka managsama nga gidaghanon sa mga kahel ug mansanas ang gitapok aron mahimong usa ka kristal nga SiC.

Ang SiC usa ka binary compound, diin ang Si-Si bond atom nga gilay-on mao ang 3.89 A, unsaon pagsabot niini nga gilay-on?Sa pagkakaron, ang labing maayo nga makina sa lithography sa merkado adunay katukma sa lithography nga 3nm, nga usa ka gilay-on nga 30A, ug ang katukma sa lithography 8 ka beses kaysa sa distansya sa atomic.

Ang Si-Si bond energy kay 310 kJ/mol, para masabtan nimo nga ang bond energy mao ang puwersa nga nagbira niining duha ka atomo, ug kon mas dako ang bond energy, mas dako ang puwersa nga kinahanglan nimong ibulag.

Schematic diagram sa silicon carbide tetrahedron structure

 Pananglitan, ang mga atomo sa Si dako ang diyametro, katumbas sa usa ka mansanas, ug ang mga atomo sa C gamay ang diyametro, katumbas sa usa ka kahel, ug usa ka managsama nga gidaghanon sa mga kahel ug mansanas ang gitapok aron mahimong usa ka kristal nga SiC.

Ang SiC usa ka binary compound, diin ang Si-Si bond atom nga gilay-on mao ang 3.89 A, unsaon pagsabot niini nga gilay-on?Sa pagkakaron, ang labing maayo nga makina sa lithography sa merkado adunay katukma sa lithography nga 3nm, nga usa ka gilay-on nga 30A, ug ang katukma sa lithography 8 ka beses kaysa sa distansya sa atomic.

Ang Si-Si bond energy kay 310 kJ/mol, para masabtan nimo nga ang bond energy mao ang puwersa nga nagbira niining duha ka atomo, ug kon mas dako ang bond energy, mas dako ang puwersa nga kinahanglan nimong ibulag.

 Pananglitan, ang mga atomo sa Si dako ang diyametro, katumbas sa usa ka mansanas, ug ang mga atomo sa C gamay ang diyametro, katumbas sa usa ka kahel, ug usa ka managsama nga gidaghanon sa mga kahel ug mansanas ang gitapok aron mahimong usa ka kristal nga SiC.

Ang SiC usa ka binary compound, diin ang Si-Si bond atom nga gilay-on mao ang 3.89 A, unsaon pagsabot niini nga gilay-on?Sa pagkakaron, ang labing maayo nga makina sa lithography sa merkado adunay katukma sa lithography nga 3nm, nga usa ka gilay-on nga 30A, ug ang katukma sa lithography 8 ka beses kaysa sa distansya sa atomic.

Ang Si-Si bond energy kay 310 kJ/mol, para masabtan nimo nga ang bond energy mao ang puwersa nga nagbira niining duha ka atomo, ug kon mas dako ang bond energy, mas dako ang puwersa nga kinahanglan nimong ibulag.

Nahibal-an namon nga ang matag substansiya gilangkoban sa mga atomo, ug ang istruktura sa usa ka kristal usa ka regular nga kahikayan sa mga atomo, nga gitawag nga usa ka taas nga han-ay nga han-ay, sama sa mosunod.Ang pinakagamay nga kristal nga yunit gitawag nga cell, kung ang cell usa ka cubic structure, kini gitawag nga close-packed cubic, ug ang cell usa ka hexagonal structure, kini gitawag nga close-packed hexagonal.

Ang kasagarang mga matang sa kristal nga SiC naglakip sa 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC, ug uban pa. Ang ilang pagkasunod-sunod sa stacking sa direksyon sa c axis gipakita sa numero.

 

Lakip kanila, ang sukaranan nga stacking sequence sa 4H-SiC mao ang ABCB...;Ang batakang stacking sequence sa 6H-SiC mao ang ABCACB...;Ang sukaranan nga pagkasunod-sunod sa stacking sa 15R-SiC mao ang ABCACBCABACABCB... .

 

Makita kini nga usa ka tisa alang sa pagtukod sa usa ka balay, ang pipila sa mga tisa sa balay adunay tulo ka paagi sa pagbutang niini, ang uban adunay upat nga paagi sa pagbutang niini, ang uban adunay unom ka paagi.
Ang sukaranan nga mga parameter sa cell niining kasagaran nga mga klase sa kristal nga SiC gipakita sa lamesa:

Unsa ang gipasabut sa a, b, c ug anggulo?Ang istruktura sa pinakagamay nga unit cell sa usa ka SiC semiconductor gihulagway ingon sa mosunod:

Sa kaso sa parehas nga cell, lahi usab ang istruktura sa kristal, kini sama sa pagpalit sa lottery, ang kadaugan nga numero mao ang 1, 2, 3, gipalit nimo ang 1, 2, 3 tulo nga numero, apan kung ang numero gisunud. lahi, ang kadaugan nga kantidad mao ang lain-laing, mao nga ang gidaghanon ug ang han-ay sa sama nga kristal, mahimong tawgon sa sama nga kristal.
Ang mosunod nga numero nagpakita sa duha ka tipikal nga stacking mode, lamang ang kalainan sa stacking mode sa ibabaw nga mga atomo, ang kristal nga gambalay mao ang lain-laing mga.

Ang kristal nga istruktura nga naporma sa SiC kusganon nga may kalabutan sa temperatura.Ubos sa aksyon sa taas nga temperatura sa 1900 ~ 2000 ℃, ang 3C-SiC hinayhinay nga mausab ngadto sa hexagonal SiC polyform sama sa 6H-SiC tungod sa dili maayo nga kalig-on sa istruktura.Kini mao ang tukma tungod sa lig-on nga correlation tali sa kalagmitan sa pagporma sa SiC polymorphs ug temperatura, ug ang pagkawalay kalig-on sa 3C-SiC sa iyang kaugalingon, ang pagtubo rate sa 3C-SiC mao ang lisud nga sa pagpalambo sa, ug ang pagpangandam mao ang lisud nga.Ang hexagonal nga sistema sa 4H-SiC ug 6H-SiC mao ang labing komon ug mas sayon ​​sa pag-andam, ug kaylap nga gitun-an tungod sa ilang kaugalingong mga kinaiya.

 Ang gitas-on sa bond sa SI-C bond sa SiC crystal kay 1.89A lang, pero ang binding energy kay taas sa 4.53eV.Busa, ang lebel sa enerhiya nga gintang tali sa bonding state ug ang anti-bonding state dako kaayo, ug ang usa ka lapad nga band gap mahimong maporma, nga daghang beses sa Si ug GaAs.Ang mas taas nga band gap width nagpasabot nga ang taas nga temperatura nga kristal nga istruktura lig-on.Ang kalambigit nga mga elektroniko sa kuryente makaamgo sa mga kinaiya sa lig-on nga operasyon sa taas nga temperatura ug gipasimple nga istruktura sa pagwagtang sa kainit.

Ang hugot nga pagbugkos sa Si-C bond naghimo sa lattice nga adunay taas nga vibration frequency, nga mao, usa ka taas nga energy phonon, nga nagpasabot nga ang SiC nga kristal adunay taas nga saturated electron mobility ug thermal conductivity, ug ang may kalabutan nga gahum sa elektronik nga mga himan adunay usa ka mas taas nga switching speed ug reliability, nga makapamenos sa risgo sa overtemperature failure sa device.Dugang pa, ang mas taas nga breakdown field strength sa SiC nagtugot niini nga makab-ot ang mas taas nga doping concentrations ug adunay ubos nga on-resistance.

 Ikaduha, ang kasaysayan sa SiC crystal development

 Niadtong 1905, nadiskobrehan ni Dr. Henri Moissan ang usa ka natural nga kristal nga SiC sa crater, nga iyang nakit-an nga susama sa usa ka diamante ug gihinganlan kini nga Mosan diamante.

 Sa pagkatinuod, niadto pang 1885, nakuha ni Acheson ang SiC pinaagi sa pagsagol sa coke sa silica ug pagpainit niini sa usa ka electric furnace.Niadtong panahona, nasaypan sa mga tawo nga kini usa ka sinagol nga diamante ug gitawag kini nga emery.

 Sa 1892, gipauswag ni Acheson ang proseso sa synthesis, gisagol niya ang quartz sand, coke, gamay nga kantidad sa mga chips sa kahoy ug NaCl, ug gipainit kini sa usa ka electric arc nga hurno sa 2700 ℃, ug malampuson nga nakuha ang mga scaly nga kristal nga SiC.Kini nga pamaagi sa pag-synthesize sa mga kristal nga SiC nailhan nga pamaagi sa Acheson ug mao gihapon ang panguna nga pamaagi sa paghimo sa mga abrasive sa SiC sa industriya.Tungod sa ubos nga kaputli sa sintetikong hilaw nga materyales ug bagis nga proseso sa synthesis, ang Acheson nga pamaagi nagpatunghag dugang nga mga hugaw sa SiC, dili maayo nga kristal nga integridad ug gamay nga kristal nga diametro, nga lisud matubag ang mga kinahanglanon sa industriya sa semiconductor alang sa dako nga gidak-on, taas nga kaputli ug taas. -kalidad nga mga kristal, ug dili magamit sa paghimo sa mga elektronik nga aparato.

 Gisugyot ni Lely sa Philips Laboratory ang usa ka bag-ong pamaagi alang sa pagtubo sa SiC nga usa ka kristal sa 1955. Niini nga pamaagi, ang graphite crucible gigamit ingon nga sudlanan sa pagtubo, ang SiC powder nga kristal gigamit ingon nga hilaw nga materyal alang sa pagtubo sa SiC nga kristal, ug ang porous nga graphite gigamit aron ihimulag. usa ka haw-ang nga lugar gikan sa sentro sa nagtubo nga hilaw nga materyal.Kung nagtubo, ang graphite crucible gipainit sa 2500 ℃ sa ilawom sa atmospera sa Ar o H2, ug ang peripheral nga SiC powder gi-sublimed ug gibuak sa Si ug C vapor phase substances, ug ang SiC crystal gipatubo sa tunga nga guwang nga rehiyon pagkahuman sa gas ang agos gipasa pinaagi sa porous graphite.

Ikatulo, teknolohiya sa pagtubo sa kristal nga SiC

Ang usa ka kristal nga pagtubo sa SiC lisud tungod sa kaugalingon nga mga kinaiya niini.Kini nag-una tungod sa kamatuoran nga walay liquid phase nga adunay stoichiometric ratio sa Si: C = 1: 1 sa atmospheric pressure, ug dili kini matubo sa mas hamtong nga mga pamaagi sa pagtubo nga gigamit sa kasamtangan nga mainstream nga proseso sa pagtubo sa semiconductor. industriya - cZ pamaagi, pagkahulog crucible pamaagi ug uban pang mga pamaagi.Sumala sa theoretical kalkulasyon, lamang sa diha nga ang pressure mao ang labaw pa kay sa 10E5atm ug ang temperatura mao ang mas taas pa kay sa 3200 ℃, ang stoichiometric ratio sa Si: C = 1:1 solusyon mahimong makuha.Aron mabuntog kini nga problema, ang mga siyentipiko naghimo sa walay hunong nga mga paningkamot sa pagsugyot sa nagkalain-laing mga pamaagi aron makakuha og taas nga kalidad sa kristal, dako nga gidak-on ug barato nga mga kristal sa SiC.Sa pagkakaron, ang mga nag-unang pamaagi mao ang PVT nga pamaagi, liquid phase nga pamaagi ug taas nga temperatura nga alisngaw nga kemikal nga pagdeposito nga pamaagi.