የሲሊኮን ካርቦይድ (Ⅰ) አወቃቀር እና እድገት ቴክኖሎጂ

በመጀመሪያ የሲሲ ክሪስታል መዋቅር እና ባህሪያት.

ሲሲ በሲ ኤለመንት እና በሲ ኤለመንት በ1፡1 ጥምርታ፣ ማለትም 50% ሲሊከን (ሲ) እና 50% ካርቦን (ሲ) የተሰራ ሁለትዮሽ ውህድ ሲሆን መሰረታዊ መዋቅራዊ አሃዱ SI-C tetrahedron ነው።

የሲሊኮን ካርቦይድ tetrahedron መዋቅር ንድፍ ንድፍ

 ለምሳሌ የሲ አተሞች ትልቅ ዲያሜትራቸው ከፖም ጋር እኩል ነው እና ሲ አተሞች ዲያሜትራቸው ትንሽ ነው ከብርቱካን ጋር እኩል የሆነ እና እኩል ቁጥር ያላቸው ብርቱካን እና ፖም አንድ ላይ ተከማችተው ሲሲ ክሪስታል ይፈጥራሉ።

SiC የሁለትዮሽ ውህድ ነው፣ በዚህ ውስጥ የሲ-ሲ ቦንድ አቶም ክፍተት 3.89 A ነው፣ ይህንን ክፍተት እንዴት መረዳት ይቻላል? በአሁኑ ጊዜ በገበያ ላይ እጅግ በጣም ጥሩው የሊቶግራፊ ማሽን የ 3 nm የሊቶግራፊ ትክክለኛነት ያለው ሲሆን ይህም የ 30A ርቀት ነው, እና የሊቶግራፊ ትክክለኛነት ከአቶሚክ ርቀት 8 እጥፍ ይበልጣል.

የሲ-ሲ ቦንድ ኢነርጂ 310 ኪጄ/ሞል ነው፣ስለዚህ የቦንድ ኢነርጂው እነዚህን ሁለት አተሞች የሚጎትተው ሃይል መሆኑን እና የቦንድ ኢነርጂው በጨመረ መጠን ለመለያየት የሚያስፈልግ ሃይል መሆኑን መረዳት ይችላሉ።

 ለምሳሌ የሲ አተሞች ትልቅ ዲያሜትራቸው ከፖም ጋር እኩል ነው እና ሲ አተሞች ዲያሜትራቸው ትንሽ ነው ከብርቱካን ጋር እኩል የሆነ እና እኩል ቁጥር ያላቸው ብርቱካን እና ፖም አንድ ላይ ተከማችተው ሲሲ ክሪስታል ይፈጥራሉ።

SiC የሁለትዮሽ ውህድ ነው፣ በዚህ ውስጥ የሲ-ሲ ቦንድ አቶም ክፍተት 3.89 A ነው፣ ይህንን ክፍተት እንዴት መረዳት ይቻላል? በአሁኑ ጊዜ በገበያ ላይ እጅግ በጣም ጥሩው የሊቶግራፊ ማሽን የ 3 nm የሊቶግራፊ ትክክለኛነት ያለው ሲሆን ይህም የ 30A ርቀት ነው, እና የሊቶግራፊ ትክክለኛነት ከአቶሚክ ርቀት 8 እጥፍ ይበልጣል.

የሲ-ሲ ቦንድ ኢነርጂ 310 ኪጄ/ሞል ነው፣ስለዚህ የቦንድ ኢነርጂው እነዚህን ሁለት አተሞች የሚጎትተው ሃይል መሆኑን እና የቦንድ ኢነርጂው በጨመረ መጠን ለመለያየት የሚያስፈልግ ሃይል መሆኑን መረዳት ይችላሉ።

የሲሊኮን ካርቦይድ tetrahedron መዋቅር ንድፍ ንድፍ

 ለምሳሌ የሲ አተሞች ትልቅ ዲያሜትራቸው ከፖም ጋር እኩል ነው እና ሲ አተሞች ዲያሜትራቸው ትንሽ ነው ከብርቱካን ጋር እኩል የሆነ እና እኩል ቁጥር ያላቸው ብርቱካን እና ፖም አንድ ላይ ተከማችተው ሲሲ ክሪስታል ይፈጥራሉ።

SiC የሁለትዮሽ ውህድ ነው፣ በዚህ ውስጥ የሲ-ሲ ቦንድ አቶም ክፍተት 3.89 A ነው፣ ይህንን ክፍተት እንዴት መረዳት ይቻላል? በአሁኑ ጊዜ በገበያ ላይ እጅግ በጣም ጥሩው የሊቶግራፊ ማሽን የ 3 nm የሊቶግራፊ ትክክለኛነት ያለው ሲሆን ይህም የ 30A ርቀት ነው, እና የሊቶግራፊ ትክክለኛነት ከአቶሚክ ርቀት 8 እጥፍ ይበልጣል.

የሲ-ሲ ቦንድ ኢነርጂ 310 ኪጄ/ሞል ነው፣ስለዚህ የቦንድ ኢነርጂው እነዚህን ሁለት አተሞች የሚጎትተው ሃይል መሆኑን እና የቦንድ ኢነርጂው በጨመረ መጠን ለመለያየት የሚያስፈልግ ሃይል መሆኑን መረዳት ይችላሉ።

 ለምሳሌ የሲ አተሞች ትልቅ ዲያሜትራቸው ከፖም ጋር እኩል ነው እና ሲ አተሞች ዲያሜትራቸው ትንሽ ነው ከብርቱካን ጋር እኩል የሆነ እና እኩል ቁጥር ያላቸው ብርቱካን እና ፖም አንድ ላይ ተከማችተው ሲሲ ክሪስታል ይፈጥራሉ።

SiC የሁለትዮሽ ውህድ ነው፣ በዚህ ውስጥ የሲ-ሲ ቦንድ አቶም ክፍተት 3.89 A ነው፣ ይህንን ክፍተት እንዴት መረዳት ይቻላል? በአሁኑ ጊዜ በገበያ ላይ እጅግ በጣም ጥሩው የሊቶግራፊ ማሽን የ 3 nm የሊቶግራፊ ትክክለኛነት ያለው ሲሆን ይህም የ 30A ርቀት ነው, እና የሊቶግራፊ ትክክለኛነት ከአቶሚክ ርቀት 8 እጥፍ ይበልጣል.

የሲ-ሲ ቦንድ ኢነርጂ 310 ኪጄ/ሞል ነው፣ስለዚህ የቦንድ ኢነርጂው እነዚህን ሁለት አተሞች የሚጎትተው ሃይል መሆኑን እና የቦንድ ኢነርጂው በጨመረ መጠን ለመለያየት የሚያስፈልግ ሃይል መሆኑን መረዳት ይችላሉ።

እያንዳንዱ ንጥረ ነገር በአተሞች የተገነባ መሆኑን እናውቃለን, እና የክሪስታል አወቃቀሩ መደበኛ የአተሞች ዝግጅት ነው, እሱም የሚከተለው የረጅም ርቀት ቅደም ተከተል ይባላል. በጣም ትንሹ ክሪስታል ክፍል ሴል ይባላል, ሴል ኪዩቢክ መዋቅር ከሆነ, የተጠጋጋ ኪዩቢክ ይባላል, እና ሴል ባለ ስድስት ጎን መዋቅር ነው, እሱ የተጠጋ ባለ ስድስት ጎን ይባላል.

የተለመዱ የሲሲ ክሪስታል ዓይነቶች 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC, ወዘተ ያካትታሉ. በሲ ዘንግ አቅጣጫ ላይ የመቆለል ቅደም ተከተላቸው በስዕሉ ላይ ይታያል.

 

ከነሱ መካከል የ 4H-SiC መሰረታዊ የቁልል ቅደም ተከተል ABCB ነው ...; የ 6H-SiC መሰረታዊ የቁልል ቅደም ተከተል ABCACB ነው... ; የ15R-SiC መሰረታዊ የቁልል ቅደም ተከተል ABCACBCABACABCB ነው...

 

ይህ ቤት ለመገንባት እንደ ጡብ ሊታይ ይችላል, አንዳንድ የቤቱ ጡቦች ሦስት መንገዶች አሏቸው, አንዳንዶቹን ለማስቀመጥ አራት መንገዶች, አንዳንዶቹ ስድስት መንገዶች አሏቸው.
የእነዚህ የተለመዱ የሲሲ ክሪስታል ዓይነቶች መሰረታዊ የሕዋስ መለኪያዎች በሰንጠረዥ ውስጥ ይታያሉ።

a, b, c እና አንግል ማለት ምን ማለት ነው? በሲሲ ሴሚኮንዳክተር ውስጥ ያለው ትንሹ ዩኒት ሴል አወቃቀር እንደሚከተለው ተገልጿል፡

በተመሳሳዩ ሕዋስ ውስጥ ፣ ክሪስታል መዋቅርም እንዲሁ የተለየ ይሆናል ፣ ይህ ሎተሪ እንደምንገዛ ነው ፣ አሸናፊው ቁጥር 1 ፣ 2 ፣ 3 ነው ፣ 1 ፣ 2 ፣ 3 ሶስት ቁጥሮች ገዝተዋል ፣ ግን ቁጥሩ ከተደረደረ በተለየ መልኩ, አሸናፊው መጠን የተለየ ነው, ስለዚህ ቁጥር እና ተመሳሳይ ክሪስታል ቅደም ተከተል, ተመሳሳይ ክሪስታል ተብሎ ሊጠራ ይችላል.
የሚከተለው ምስል ሁለቱን የተለመዱ የቁልል ሁነታዎች ያሳያል, የላይኛው አተሞች የቁልል ሁነታ ልዩነት ብቻ ነው, የክሪስታል መዋቅር የተለየ ነው.

በሲሲ የተገነባው ክሪስታል መዋቅር ከሙቀት ጋር በጥብቅ የተያያዘ ነው. በ1900 ~ 2000 ℃ ከፍተኛ የሙቀት መጠን፣ 3C-SiC ደካማ መዋቅራዊ መረጋጋት ስላለው ቀስ በቀስ ወደ ባለ ስድስት ጎን ሲሲ ፖሊፎርም እንደ 6H-SiC ይቀየራል። በትክክል የ SiC polymorphs እና የሙቀት መጠንን የመፍጠር እድል እና የ 3C-SiC አለመረጋጋት መካከል ባለው ጠንካራ ትስስር ምክንያት የ 3C-SiC እድገትን ለማሻሻል አስቸጋሪ ነው, እና ዝግጅቱ አስቸጋሪ ነው. የ 4H-SiC እና 6H-SiC ባለ ስድስት ጎን ስርዓት በጣም የተለመዱ እና ለመዘጋጀት ቀላል ናቸው, እና በእራሳቸው ባህሪያት ምክንያት በሰፊው የተጠኑ ናቸው.

 በሲሲ ክሪስታል ውስጥ ያለው የSI-C ቦንድ ርዝመት 1.89A ብቻ ነው፣ ነገር ግን የማሰሪያው ኃይል እስከ 4.53eV ከፍ ያለ ነው። ስለዚህ, በማያያዝ ሁኔታ እና በፀረ-መከላከያ ሁኔታ መካከል ያለው የኃይል ደረጃ ክፍተት በጣም ትልቅ ነው, እና ሰፊ የባንድ ክፍተት ሊፈጠር ይችላል, ይህም ከ Si እና GaAs ብዙ ጊዜ ነው. ከፍ ያለ የባንድ ክፍተት ስፋት ማለት ከፍተኛ ሙቀት ያለው ክሪስታል መዋቅር የተረጋጋ ነው. ተያያዥነት ያለው ሃይል ኤሌክትሮኒክስ በከፍተኛ ሙቀት እና በቀላል የሙቀት ማባከን መዋቅር ውስጥ የተረጋጋ አሠራር ባህሪያትን ሊገነዘበው ይችላል.

የሲ-ሲ ቦንድ ጥብቅ ማሰሪያ ጥልፍልፍ ከፍተኛ የንዝረት ድግግሞሹን ማለትም ከፍተኛ ሃይል ፎኖን እንዲኖረው ያደርገዋል ይህም ማለት የሲሲ ክሪስታል ከፍተኛ ሙሌት ያለው ኤሌክትሮን ተንቀሳቃሽነት እና የሙቀት መጠን ያለው ሲሆን ተያያዥነት ያለው ሃይል ኤሌክትሮኒካዊ መሳሪያዎች አሏቸው ከፍተኛ የመቀየሪያ ፍጥነት እና አስተማማኝነት፣ ይህም የመሳሪያውን የሙቀት መጠን የመሳት አደጋን ይቀንሳል። በተጨማሪም የሲሲ ከፍተኛ የመስክ ጥንካሬ ከፍተኛ የዶፒንግ ክምችት እንዲያገኝ እና ዝቅተኛ የመቋቋም አቅም እንዲኖረው ያስችለዋል።

 ሁለተኛ, የሲሲ ክሪስታል እድገት ታሪክ

 እ.ኤ.አ. በ 1905 ዶ / ር ሄንሪ ሞይሳን በጉድጓዱ ውስጥ የተፈጥሮ ሲሲ ክሪስታል አገኘ ፣ እሱም አልማዝ የሚመስል ሆኖ አገኘው እና ሞዛን አልማዝ ብሎ ሰይሞታል።

 እንዲያውም በ1885 መጀመሪያ ላይ አቼሰን ኮክን ከሲሊካ ጋር በማዋሃድ እና በኤሌክትሪክ ምድጃ ውስጥ በማሞቅ ሲሲ አገኘ። በዚያን ጊዜ ሰዎች የአልማዝ ድብልቅ ብለው ተሳስተው ኤመሪ ብለው ይጠሩታል።

 እ.ኤ.አ. በ 1892 አቼሰን የማዋሃድ ሂደቱን አሻሽሏል ፣ ኳርትዝ አሸዋ ፣ ኮክ ፣ ትንሽ የእንጨት ቺፕስ እና ናሲኤልን ቀላቅሎ በኤሌክትሪክ ቅስት እቶን ውስጥ እስከ 2700 ℃ ድረስ አሞቀው እና በተሳካ ሁኔታ የተበላሹ የሲሲ ክሪስታሎችን አግኝቷል። ይህ የሲሲ ክሪስታሎችን የማዋሃድ ዘዴ የአቼሰን ዘዴ በመባል የሚታወቅ ሲሆን አሁንም በኢንዱስትሪ ውስጥ የሲሲ መጥረጊያዎችን የማምረት ዋና ዘዴ ነው። ምክንያት ሠራሽ ጥሬ ዕቃዎች እና ሻካራ ውህድ ሂደት ዝቅተኛ ንጽህና ምክንያት, Acheson ዘዴ ትልቅ-መጠን, ከፍተኛ-ንጽህና እና ሴሚኮንዳክተር ኢንዱስትሪ መስፈርቶች ማሟላት አስቸጋሪ ነው ተጨማሪ SiC ከቆሻሻው, ደካማ ክሪስታል ታማኝነት እና አነስተኛ ክሪስታል ዲያሜትር, ያፈራል. - ጥራት ያላቸው ክሪስታሎች, እና ኤሌክትሮኒካዊ መሳሪያዎችን ለማምረት ጥቅም ላይ ሊውሉ አይችሉም.

 ሌሊ ኦፍ ፊሊፕስ ላቦራቶሪ በ1955 የሲሲ ነጠላ ክሪስታሎችን ለማምረት አዲስ ዘዴ አቅርቧል።በዚህ ዘዴ ግራፋይት ክሩሲብል እንደ የእድገት መርከብ ጥቅም ላይ ይውላል፣ሲሲ ፓውደር ክሪስታል የሲሲ ክሪስታልን ለማምረት እንደ ጥሬ እቃ እና ባለ ቀዳዳ ግራፋይት ለመለየት ጥቅም ላይ ይውላል። በማደግ ላይ ከሚገኙ ጥሬ ዕቃዎች መሃል ላይ ባዶ ቦታ. በማደግ ላይ በሚሆንበት ጊዜ የግራፋይት ክሩሺቭ በ 2500 ℃ በ Ar ወይም H2 ከባቢ አየር ውስጥ ይሞቃል ፣ እና የፔሪፈራል ሲሲ ዱቄት ወደ ሲ እና ሲ ተን ክፍል ንጥረ ነገሮች ተበላሽቷል ፣ እና የሲሲ ክሪስታል ከጋዝ በኋላ በመካከለኛው ባዶ ክልል ውስጥ ይበቅላል። ፍሰት በተቦረቦረ ግራፋይት በኩል ይተላለፋል።

ሦስተኛ፣ የሲሲ ክሪስታል እድገት ቴክኖሎጂ

የሲሲ ነጠላ ክሪስታል እድገት በእራሱ ባህሪያት ምክንያት አስቸጋሪ ነው. ይህ በዋነኛነት በከባቢ አየር ግፊት የሲ: C = 1: 1 ስቶዮሜትሪክ ሬሾ ያለው ፈሳሽ ደረጃ ባለመኖሩ እና አሁን ባለው የሴሚኮንዳክተር ዋና ዋና የእድገት ሂደት በሚጠቀሙት የበሰለ የእድገት ዘዴዎች ሊበቅል አይችልም ኢንዱስትሪ - cZ ዘዴ, መውደቅ ክሩክብል ዘዴ እና ሌሎች ዘዴዎች. በንድፈ ሃሳባዊ ስሌት መሰረት ግፊቱ ከ 10E5atm በላይ ሲሆን እና የሙቀት መጠኑ ከ 3200 ℃ ከፍ ያለ ሲሆን የ Si: C = 1: 1 መፍትሄ የ stoichiometric ሬሾ ማግኘት ይቻላል. ይህንን ችግር ለመቅረፍ ሳይንቲስቶች ከፍተኛ ጥራት ያለው፣ ትልቅ መጠን ያለው እና ርካሽ የሲሲሲ ክሪስታሎችን ለማግኘት የተለያዩ ዘዴዎችን ለማቅረብ ያላሰለሰ ጥረት አድርገዋል። በአሁኑ ጊዜ ዋነኞቹ ዘዴዎች የ PVT ዘዴ, የፈሳሽ ደረጃ ዘዴ እና ከፍተኛ ሙቀት ያለው የእንፋሎት ኬሚካላዊ አቀማመጥ ዘዴ ናቸው.