For det første strukturen og egenskaberne af SiC-krystal.
SiC er en binær forbindelse dannet af Si-element og C-element i forholdet 1:1, det vil sige 50% silicium (Si) og 50% kulstof (C), og dens grundlæggende strukturelle enhed er SI-C tetraeder.
Skematisk diagram af siliciumcarbidtetraederstruktur
For eksempel er Si-atomer store i diameter, svarende til et æble, og C-atomer er små i diameter, svarende til en appelsin, og et lige antal appelsiner og æbler er stablet sammen for at danne en SiC-krystal.
SiC er en binær forbindelse, hvor Si-Si-bindingens atomafstand er 3,89 A, hvordan forstår man denne afstand? På nuværende tidspunkt har den mest fremragende litografimaskine på markedet en litografinøjagtighed på 3nm, hvilket er en afstand på 30A, og litografinøjagtigheden er 8 gange så stor som atomafstanden.
Si-Si bindingsenergien er 310 kJ/mol, så du kan forstå, at bindingsenergien er den kraft, der trækker disse to atomer fra hinanden, og jo større bindingsenergien er, jo større er den kraft, du skal bruge for at trække fra hinanden.
For eksempel er Si-atomer store i diameter, svarende til et æble, og C-atomer er små i diameter, svarende til en appelsin, og et lige antal appelsiner og æbler er stablet sammen for at danne en SiC-krystal.
SiC er en binær forbindelse, hvor Si-Si-bindingens atomafstand er 3,89 A, hvordan forstår man denne afstand? På nuværende tidspunkt har den mest fremragende litografimaskine på markedet en litografinøjagtighed på 3nm, hvilket er en afstand på 30A, og litografinøjagtigheden er 8 gange så stor som atomafstanden.
Si-Si bindingsenergien er 310 kJ/mol, så du kan forstå, at bindingsenergien er den kraft, der trækker disse to atomer fra hinanden, og jo større bindingsenergien er, jo større er den kraft, du skal bruge for at trække fra hinanden.
Skematisk diagram af siliciumcarbidtetraederstruktur
For eksempel er Si-atomer store i diameter, svarende til et æble, og C-atomer er små i diameter, svarende til en appelsin, og et lige antal appelsiner og æbler er stablet sammen for at danne en SiC-krystal.
SiC er en binær forbindelse, hvor Si-Si-bindingens atomafstand er 3,89 A, hvordan forstår man denne afstand? På nuværende tidspunkt har den mest fremragende litografimaskine på markedet en litografinøjagtighed på 3nm, hvilket er en afstand på 30A, og litografinøjagtigheden er 8 gange så stor som atomafstanden.
Si-Si bindingsenergien er 310 kJ/mol, så du kan forstå, at bindingsenergien er den kraft, der trækker disse to atomer fra hinanden, og jo større bindingsenergien er, jo større er den kraft, du skal bruge for at trække fra hinanden.
For eksempel er Si-atomer store i diameter, svarende til et æble, og C-atomer er små i diameter, svarende til en appelsin, og et lige antal appelsiner og æbler er stablet sammen for at danne en SiC-krystal.
SiC er en binær forbindelse, hvor Si-Si-bindingens atomafstand er 3,89 A, hvordan forstår man denne afstand? På nuværende tidspunkt har den mest fremragende litografimaskine på markedet en litografinøjagtighed på 3nm, hvilket er en afstand på 30A, og litografinøjagtigheden er 8 gange så stor som atomafstanden.
Si-Si bindingsenergien er 310 kJ/mol, så du kan forstå, at bindingsenergien er den kraft, der trækker disse to atomer fra hinanden, og jo større bindingsenergien er, jo større er den kraft, du skal bruge for at trække fra hinanden.
Vi ved, at ethvert stof består af atomer, og strukturen af en krystal er et regulært arrangement af atomer, som kaldes en langrækkende orden, som det følgende. Den mindste krystalenhed kaldes en celle, hvis cellen er en kubisk struktur, kaldes den en tætpakket kubisk, og cellen er en hexagonal struktur, den kaldes en tætpakket hexagonal.
Almindelige SiC-krystaltyper omfatter 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC osv. Deres stablingssekvens i c-aksens retning er vist i figuren.
Blandt dem er den grundlæggende stablingssekvens for 4H-SiC ABCB... ; Den grundlæggende stablingssekvens af 6H-SiC er ABCACB... ; Den grundlæggende stablingssekvens af 15R-SiC er ABCACBCABACABCB... .
Dette kan ses som en mursten til at bygge et hus, nogle af husets mursten har tre måder at placere dem på, nogle har fire måder at placere dem på, nogle har seks måder.
De grundlæggende celleparametre for disse almindelige SiC-krystaltyper er vist i tabellen:
Hvad betyder a, b, c og vinkler? Strukturen af den mindste enhedscelle i en SiC-halvleder er beskrevet som følger:
I tilfælde af den samme celle vil krystalstrukturen også være anderledes, det er som om vi køber lotteriet, vindertallet er 1, 2, 3, du købte 1, 2, 3 tre numre, men hvis tallet er sorteret forskelligt er gevinstbeløbet forskelligt, så antallet og rækkefølgen af den samme krystal kan kaldes den samme krystal.
Den følgende figur viser de to typiske stablingstilstande, kun forskellen i stablingstilstanden for de øvre atomer, krystalstrukturen er anderledes.
Krystalstrukturen dannet af SiC er stærkt relateret til temperaturen. Under påvirkning af høj temperatur på 1900 ~ 2000 ℃ vil 3C-SiC langsomt omdannes til sekskantet SiC-polyform såsom 6H-SiC på grund af dens dårlige strukturelle stabilitet. Det er netop på grund af den stærke sammenhæng mellem sandsynligheden for dannelse af SiC-polymorfer og temperatur og ustabiliteten af 3C-SiC selv, at væksthastigheden af 3C-SiC er svær at forbedre, og forberedelsen er vanskelig. Det sekskantede system af 4H-SiC og 6H-SiC er de mest almindelige og nemmere at tilberede og studeres bredt på grund af deres egne karakteristika.
Bindingslængden af SI-C-binding i SiC-krystal er kun 1,89A, men bindingsenergien er så høj som 4,53eV. Derfor er energiniveaugabet mellem bindingstilstanden og anti-bindingstilstanden meget stort, og der kan dannes et bredt båndgab, som er flere gange større end Si og GaAs. Den højere båndgabbredde betyder, at højtemperaturkrystalstrukturen er stabil. Den tilhørende effektelektronik kan realisere karakteristikaene ved stabil drift ved høje temperaturer og forenklet varmeafledningsstruktur.
Den tætte binding af Si-C-bindingen gør, at gitteret har en høj vibrationsfrekvens, det vil sige en højenergifonon, hvilket betyder, at SiC-krystallen har en høj mættet elektronmobilitet og termisk ledningsevne, og de relaterede kraftelektroniske enheder har en højere koblingshastighed og pålidelighed, hvilket reducerer risikoen for en overtemperaturfejl. Derudover gør den højere nedbrydningsfeltstyrke af SiC det muligt at opnå højere dopingkoncentrationer og have lavere on-resistens.
For det andet historien om SiC krystal udvikling
I 1905 opdagede Dr. Henri Moissan en naturlig SiC-krystal i krateret, som han fandt lignede en diamant og kaldte den Mosan-diamanten.
Faktisk opnåede Acheson allerede i 1885 SiC ved at blande koks med silica og opvarme det i en elektrisk ovn. På det tidspunkt forvekslede folk det med en blanding af diamanter og kaldte det smergel.
I 1892 forbedrede Acheson synteseprocessen, han blandede kvartssand, koks, en lille mængde træflis og NaCl og opvarmede det i en lysbueovn til 2700 ℃ og opnåede med succes skællende SiC-krystaller. Denne metode til at syntetisere SiC-krystaller er kendt som Acheson-metoden og er stadig den almindelige metode til fremstilling af SiC-slibemidler i industrien. På grund af den lave renhed af syntetiske råmaterialer og grov synteseproces producerer Acheson-metoden flere SiC-urenheder, dårlig krystalintegritet og lille krystaldiameter, hvilket er vanskeligt at opfylde kravene fra halvlederindustrien til stor størrelse, høj renhed og høj -kvalitetskrystaller, og kan ikke bruges til at fremstille elektroniske enheder.
Lely fra Philips Laboratory foreslog en ny metode til dyrkning af SiC-enkeltkrystaller i 1955. I denne metode bruges grafitdigel som vækstbeholder, SiC-pulverkrystal bruges som råmateriale til dyrkning af SiC-krystal, og porøs grafit bruges til at isolere et hult område fra midten af det voksende råmateriale. Under dyrkning opvarmes grafitdigelen til 2500 ℃ under atmosfæren af Ar eller H2, og det perifere SiC-pulver sublimeres og nedbrydes til Si- og C-dampfasestoffer, og SiC-krystallen dyrkes i det mellemste hule område efter gassen flow transmitteres gennem den porøse grafit.
For det tredje SiC krystalvækstteknologi
Enkeltkrystalvæksten af SiC er vanskelig på grund af dens egne karakteristika. Dette skyldes hovedsageligt, at der ikke er nogen væskefase med et støkiometrisk forhold mellem Si: C = 1:1 ved atmosfærisk tryk, og det kan ikke dyrkes ved de mere modne vækstmetoder, der anvendes af den nuværende almindelige vækstproces for halvlederen. industri - cZ metode, faldende smeltedigel metode og andre metoder. Ifølge teoretisk beregning kan det støkiometriske forhold mellem Si: C = 1:1 opløsning kun opnås, når trykket er større end 10E5atm og temperaturen er højere end 3200 ℃. For at overvinde dette problem har videnskabsmænd gjort en utrættelig indsats for at foreslå forskellige metoder til at opnå høj krystalkvalitet, stor størrelse og billige SiC-krystaller. På nuværende tidspunkt er de vigtigste metoder PVT-metoden, væskefasemetoden og højtemperaturdampkemisk depositionsmetode.
Indlægstid: 24-jan-2024