ព័ត៌មាន - រចនាសម្ព័ននិងបច្ចេកវិជ្ជាលូតលាស់នៃស៊ីលីកុន carbide

ទីមួយ រចនាសម្ព័ន្ធ និងលក្ខណៈសម្បត្តិរបស់គ្រីស្តាល់ SiC.

SiC គឺជាសមាសធាតុគោលពីរដែលបង្កើតឡើងដោយធាតុ Si និងធាតុ C ក្នុងសមាមាត្រ 1: 1 នោះគឺ 50% ស៊ីលីកូន (Si) និង 50% កាបូន (C) ហើយឯកតារចនាសម្ព័ន្ធជាមូលដ្ឋានរបស់វាគឺ SI-C tetrahedron ។

ដ្យាក្រាមគ្រោងការណ៍នៃរចនាសម្ព័ន្ធ tetrahedron ស៊ីលីកុនកាបូន

ឧទាហរណ៍ អាតូម Si មានអង្កត់ផ្ចិតធំ ស្មើនឹងផ្លែប៉ោមមួយ ហើយអាតូម C មានអង្កត់ផ្ចិតតូច ស្មើនឹងពណ៌ទឹកក្រូច ហើយចំនួនផ្លែក្រូច និងផ្លែប៉ោមស្មើៗគ្នាត្រូវបានប្រមូលផ្តុំគ្នាដើម្បីបង្កើតជាគ្រីស្តាល់ SiC ។

SiC គឺជាសមាសធាតុគោលពីរ ដែលគម្លាតអាតូម Si-Si គឺ 3.89 A តើយល់យ៉ាងណាចំពោះគម្លាតនេះ? នាពេលបច្ចុប្បន្នម៉ាស៊ីន lithography ដ៏ល្អបំផុតនៅលើទីផ្សារមានភាពត្រឹមត្រូវនៃ lithography 3nm ដែលជាចម្ងាយ 30A ហើយភាពត្រឹមត្រូវនៃ lithography គឺ 8 ដងនៃចម្ងាយអាតូមិក។

ថាមពលចំណង Si-Si គឺ 310 kJ/mol ដូច្នេះអ្នកអាចយល់បានថាថាមពលចំណងគឺជាកម្លាំងដែលទាញអាតូមទាំងពីរនេះដាច់ពីគ្នា ហើយថាមពលចំណងកាន់តែធំ កម្លាំងកាន់តែច្រើនដែលអ្នកត្រូវការទាញដាច់ពីគ្នា។

ដ្យាក្រាមគ្រោងការណ៍នៃរចនាសម្ព័ន្ធ tetrahedron ស៊ីលីកុនកាបូន

យើងដឹងថារាល់សារធាតុទាំងអស់ត្រូវបានបង្កើតឡើងដោយអាតូម ហើយរចនាសម្ព័ន្ធនៃគ្រីស្តាល់គឺជាការរៀបចំធម្មតានៃអាតូមដែលត្រូវបានគេហៅថាលំដាប់ជួរវែងដូចខាងក្រោម។ ឯកតាគ្រីស្តាល់តូចបំផុតត្រូវបានគេហៅថាក្រឡា បើក្រឡាជារចនាសម្ព័ន្ធគូប គេហៅថាគូបបិទជិត ហើយក្រឡាជារចនាសម្ព័ន្ធឆកោន ហៅថា ឆកោនបិទជិត។

ប្រភេទគ្រីស្តាល់ SiC ទូទៅរួមមាន 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC ជាដើម។ លំដាប់ជង់របស់ពួកគេក្នុងទិសដៅអ័ក្ស c ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូប។

ក្នុងចំណោមពួកគេ លំដាប់ជង់មូលដ្ឋាននៃ 4H-SiC គឺ ABCB... ; លំដាប់ជង់មូលដ្ឋាននៃ 6H-SiC គឺ ABCACB... ; លំដាប់មូលដ្ឋាននៃ 15R-SiC គឺ ABCACBCABACABCB... ។

នេះគេអាចមើលឃើញថាឥដ្ឋសម្រាប់សង់ផ្ទះ ឥដ្ឋផ្ទះខ្លះមានវិធីដាក់បីរបៀប ខ្លះមានវិធីដាក់៤វិធី ខ្លះមាន៦វិធី។
ប៉ារ៉ាម៉ែត្រកោសិកាមូលដ្ឋាននៃប្រភេទគ្រីស្តាល់ SiC ទូទៅទាំងនេះត្រូវបានបង្ហាញក្នុងតារាង៖

តើ a, b, c និងមុំមានន័យដូចម្តេច? រចនាសម្ព័ន្ធនៃកោសិកាឯកតាតូចបំផុតនៅក្នុង SiC semiconductor ត្រូវបានពិពណ៌នាដូចខាងក្រោម:

ក្នុងករណីក្រឡាដូចគ្នា រចនាសម្ព័ន្ធគ្រីស្តាល់ក៏នឹងខុសគ្នាដែរ នេះគឺដូចយើងទិញឆ្នោតដែរ លេខឈ្នះគឺលេខ 1, 2, 3 អ្នកទិញលេខ 1, 2, 3 លេខបី ប៉ុន្តែបើលេខត្រូវតម្រៀប ខុសគ្នា ចំនួនទឹកប្រាក់ឈ្នះគឺខុសគ្នា ដូច្នេះចំនួន និងលំដាប់នៃគ្រីស្តាល់ដូចគ្នា អាចហៅថាគ្រីស្តាល់ដូចគ្នា។
រូបខាងក្រោមបង្ហាញពីរបៀបជង់ធម្មតាពីរ មានតែភាពខុសគ្នានៅក្នុងរបៀបជង់នៃអាតូមខាងលើ រចនាសម្ព័ន្ធគ្រីស្តាល់គឺខុសគ្នា។

រចនាសម្ព័ន្ធគ្រីស្តាល់ដែលបង្កើតឡើងដោយ SiC គឺទាក់ទងយ៉ាងខ្លាំងទៅនឹងសីតុណ្ហភាព។ នៅក្រោមសកម្មភាពនៃសីតុណ្ហភាពខ្ពស់នៃ 1900 ~ 2000 ℃ 3C-SiC នឹងផ្លាស់ប្តូរបន្តិចម្តងទៅជាទម្រង់ SiC ប្រាំបួនជ្រុងដូចជា 6H-SiC ដោយសារតែស្ថេរភាពរចនាសម្ព័ន្ធមិនល្អរបស់វា។ វាច្បាស់ណាស់ដោយសារតែការជាប់ទាក់ទងគ្នាខ្លាំងរវាងប្រូបាប៊ីលីតេនៃការបង្កើតប៉ូលីម័រ SiC និងសីតុណ្ហភាព និងអស្ថិរភាពនៃ 3C-SiC ខ្លួនវា អត្រាកំណើននៃ 3C-SiC គឺពិបាកក្នុងការកែលម្អ ហើយការរៀបចំគឺពិបាក។ ប្រព័ន្ធឆកោននៃ 4H-SiC និង 6H-SiC គឺជារឿងធម្មតាបំផុត និងងាយស្រួលក្នុងការរៀបចំ ហើយត្រូវបានសិក្សាយ៉ាងទូលំទូលាយដោយសារតែលក្ខណៈផ្ទាល់ខ្លួនរបស់ពួកគេ។

ប្រវែងចំណងនៃចំណង SI-C នៅក្នុងគ្រីស្តាល់ SiC គឺត្រឹមតែ 1.89A ប៉ុន្តែថាមពលភ្ជាប់គឺខ្ពស់រហូតដល់ 4.53eV។ ដូច្នេះ គម្លាតកម្រិតថាមពលរវាងរដ្ឋផ្សារភ្ជាប់ និងស្ថានភាពប្រឆាំងនឹងការផ្សារភ្ជាប់គឺមានទំហំធំណាស់ ហើយគម្លាតនៃក្រុមតន្រ្តីធំទូលាយអាចត្រូវបានបង្កើតឡើង ដែលច្រើនដងនៃ Si និង GaAs ។ ទទឹងគម្លាតក្រុមតន្រ្តីខ្ពស់ជាងមានន័យថារចនាសម្ព័ន្ធគ្រីស្តាល់ដែលមានសីតុណ្ហភាពខ្ពស់មានស្ថេរភាព។ គ្រឿងអេឡិចត្រូនិចដែលមានថាមពលដែលជាប់ទាក់ទងអាចដឹងពីលក្ខណៈនៃប្រតិបត្តិការដែលមានស្ថេរភាពនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ និងរចនាសម្ព័ន្ធបញ្ចេញកំដៅសាមញ្ញ។

ការចងយ៉ាងតឹងនៃចំណង Si-C ធ្វើឱ្យបន្ទះឈើមានប្រេកង់រំញ័រខ្ពស់ នោះគឺជា phonon ថាមពលខ្ពស់ ដែលមានន័យថា គ្រីស្តាល់ SiC មានចលនាអេឡិចត្រុងឆ្អែតខ្ពស់ និងចរន្តកំដៅ ហើយឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិចដែលមានថាមពលពាក់ព័ន្ធមាន ល្បឿនប្តូរខ្ពស់ និងភាពអាចជឿជាក់បាន ដែលកាត់បន្ថយហានិភ័យនៃការបរាជ័យលើសសីតុណ្ហភាពរបស់ឧបករណ៍។ លើសពីនេះ កម្លាំងផ្នែកបំបែកកាន់តែខ្ពស់នៃ SiC អនុញ្ញាតឱ្យវាសម្រេចបាននូវកំហាប់សារធាតុ doping ខ្ពស់ និងមានភាពធន់ទ្រាំទាបជាង។

ទីពីរ ប្រវត្តិនៃការអភិវឌ្ឍន៍គ្រីស្តាល់ SiC

នៅឆ្នាំ 1905 លោកវេជ្ជបណ្ឌិត Henri Moissan បានរកឃើញគ្រីស្តាល់ SiC ធម្មជាតិនៅក្នុងរណ្ដៅដែលគាត់បានរកឃើញស្រដៀងនឹងពេជ្រ ហើយដាក់ឈ្មោះវាថា Mosan Diamond។

តាមពិតនៅដើមឆ្នាំ 1885 Acheson ទទួលបាន SiC ដោយលាយកូកាកូឡាជាមួយស៊ីលីកា ហើយកំដៅវានៅក្នុងឡភ្លើង។ នៅពេលនោះ មនុស្សបានយល់ច្រឡំថាវាជាគ្រាប់ពេជ្រ ហើយហៅវាថា emery ។

នៅឆ្នាំ 1892 Acheson បានកែលម្អដំណើរការសំយោគ គាត់បានលាយខ្សាច់រ៉ែថ្មខៀវ កូកាកូឡា បន្ទះសៀគ្វីឈើមួយចំនួនតូច និង NaCl ហើយបានកំដៅវានៅក្នុងចង្រ្កានអគ្គិសនីដល់ 2700 ℃ ហើយទទួលបានគ្រីស្តាល់ SiC ស្កេតដោយជោគជ័យ។ វិធីសាស្រ្តនៃការសំយោគគ្រីស្តាល់ SiC នេះត្រូវបានគេស្គាល់ថាជាវិធីសាស្ត្រ Acheson ហើយនៅតែជាវិធីសាស្រ្តសំខាន់ក្នុងការផលិតសារធាតុ abrasives SiC នៅក្នុងឧស្សាហកម្ម។ ដោយសារតែភាពបរិសុទ្ធទាបនៃវត្ថុធាតុដើមសំយោគ និងដំណើរការសំយោគរដុប វិធីសាស្ត្រ Acheson ផលិតភាពមិនបរិសុទ្ធ SiC កាន់តែច្រើន ភាពសុចរិតនៃគ្រីស្តាល់ខ្សោយ និងអង្កត់ផ្ចិតគ្រីស្តាល់តូច ដែលពិបាកនឹងបំពេញតាមតម្រូវការនៃឧស្សាហកម្ម semiconductor សម្រាប់ទំហំធំ ភាពបរិសុទ្ធ និងខ្ពស់ -គ្រីស្តាល់មានគុណភាព និងមិនអាចប្រើបានសម្រាប់ផលិតឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិក។

Lely នៃមន្ទីរពិសោធន៍ Philips បានស្នើវិធីសាស្រ្តថ្មីសម្រាប់ការរីកលូតលាស់គ្រីស្តាល់ SiC តែមួយក្នុងឆ្នាំ 1955។ នៅក្នុងវិធីសាស្រ្តនេះ ក្រាហ្វិច Crucible ត្រូវបានប្រើជានាវាលូតលាស់ គ្រីស្តាល់ម្សៅ SiC ត្រូវបានគេប្រើជាវត្ថុធាតុដើមសម្រាប់ការលូតលាស់គ្រីស្តាល់ SiC ហើយក្រាហ្វិច porous ត្រូវបានប្រើដើម្បីញែកចេញ។ តំបន់ប្រហោងពីកណ្តាលនៃវត្ថុធាតុដើមដែលកំពុងលូតលាស់។ នៅពេលលូតលាស់ ក្រាហ្វិច Crucible ត្រូវបានកំដៅដល់ 2500 ℃ នៅក្រោមបរិយាកាសនៃ Ar ឬ H2 ហើយម្សៅ SiC គ្រឿងកុំព្យូទ័រត្រូវបាន sublimed និង decomposed ទៅជាសារធាតុ Si និង C ដំណាក់កាលចំហាយ ហើយគ្រីស្តាល់ SiC ត្រូវបានដាំដុះនៅក្នុងតំបន់ប្រហោងកណ្តាលបន្ទាប់ពីឧស្ម័ន។ លំហូរត្រូវបានបញ្ជូនតាមរយៈ porous graphite ។

ទីបី បច្ចេកវិទ្យាការលូតលាស់គ្រីស្តាល់ SiC

ការលូតលាស់គ្រីស្តាល់តែមួយរបស់ SiC គឺពិបាកដោយសារតែលក្ខណៈរបស់វាផ្ទាល់។ នេះជាចម្បងដោយសារតែការពិតដែលថាមិនមានដំណាក់កាលរាវជាមួយនឹងសមាមាត្រ stoichiometric នៃ Si: C = 1: 1 នៅសម្ពាធបរិយាកាសហើយវាមិនអាចត្រូវបានដាំដុះដោយវិធីសាស្រ្តលូតលាស់ចាស់ជាងនេះដែលប្រើដោយដំណើរការកំណើនបច្ចុប្បន្នចម្បងនៃ semiconductor នេះ។ ឧស្សាហកម្ម - វិធីសាស្រ្ត cZ វិធីសាស្រ្តធ្លាក់ចុះ crucible និងវិធីសាស្រ្តផ្សេងទៀត។ យោងតាមការគណនាទ្រឹស្តីបានតែនៅពេលដែលសម្ពាធធំជាង 10E5atm និងសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ជាង 3200 ℃ សមាមាត្រ stoichiometric នៃដំណោះស្រាយ Si: C = 1: 1 អាចទទួលបាន។ ដើម្បីជម្នះបញ្ហានេះ អ្នកវិទ្យាសាស្ត្របានខិតខំប្រឹងប្រែងឥតឈប់ឈរ ដើម្បីស្នើវិធីសាស្រ្តផ្សេងៗដើម្បីទទួលបានគ្រីស្តាល់គុណភាពខ្ពស់ ទំហំធំ និងគ្រីស្តាល់ SiC ថោក។ នាពេលបច្ចុប្បន្ន វិធីសាស្រ្តសំខាន់ៗគឺវិធីសាស្ត្រ PVT វិធីសាស្ត្រដំណាក់កាលរាវ និងវិធីសាស្ត្របំប្លែងសារធាតុគីមីចំហាយសីតុណ្ហភាពខ្ពស់។

ពេលវេលាបង្ហោះ៖ ថ្ងៃទី ២៤ ខែមករា ឆ្នាំ ២០២៤

រចនាសម្ព័ន និងបច្ចេកវិជ្ជាលូតលាស់នៃស៊ីលីកុន carbide (Ⅰ)