ໂຄງສ້າງ ແລະເທັກໂນໂລຍີການຂະຫຍາຍຕົວຂອງຊິລິຄອນຄາໄບ (Ⅰ)

ຫນ້າທໍາອິດ, ໂຄງສ້າງແລະຄຸນສົມບັດຂອງໄປເຊຍກັນ SiC.

SiC ແມ່ນທາດປະສົມທີ່ສ້າງຂຶ້ນໂດຍອົງປະກອບ Si ແລະອົງປະກອບ C ໃນອັດຕາສ່ວນ 1: 1, ນັ້ນແມ່ນ, 50% ຊິລິຄອນ (Si) ແລະ 50% ຄາບອນ (C), ແລະຫນ່ວຍງານໂຄງສ້າງພື້ນຖານຂອງມັນແມ່ນ SI-C tetrahedron.

ແຜນວາດແຜນຜັງຂອງໂຄງສ້າງ silicon carbide tetrahedron

 ສໍາລັບຕົວຢ່າງ, ປະລໍາມະນູ Si ມີເສັ້ນຜ່າກາງຂະຫນາດໃຫຍ່, ເທົ່າກັບຫມາກໂປມ, ແລະປະລໍາມະນູ C ມີເສັ້ນຜ່າກາງຂະຫນາດນ້ອຍ, ທຽບເທົ່າກັບສີສົ້ມ, ແລະຈໍານວນຂອງຫມາກກ້ຽງແລະຫມາກໂປມທີ່ເທົ່າທຽມກັນແມ່ນ piled ເຂົ້າກັນເປັນໄປເຊຍກັນ SiC.

SiC ແມ່ນທາດປະສົມສອງ, ເຊິ່ງໄລຍະຫ່າງອະຕອມຂອງພັນທະບັດ Si-Si ແມ່ນ 3.89 A, ວິທີການເຂົ້າໃຈໄລຍະຫ່າງນີ້?ໃນປັດຈຸບັນ, ເຄື່ອງ lithography ທີ່ດີເລີດທີ່ສຸດໃນຕະຫຼາດມີຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງ lithography ຂອງ 3nm, ເຊິ່ງເປັນໄລຍະຫ່າງຂອງ 30A, ແລະຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງ lithography ແມ່ນ 8 ເທົ່າຂອງໄລຍະຫ່າງຂອງປະລໍາມະນູ.

ພະລັງງານພັນທະບັດ Si-Si ແມ່ນ 310 kJ / mol, ດັ່ງນັ້ນທ່ານສາມາດເຂົ້າໃຈວ່າພະລັງງານພັນທະບັດແມ່ນກໍາລັງທີ່ດຶງອະຕອມທັງສອງອອກຈາກກັນ, ແລະພະລັງງານພັນທະບັດຫຼາຍ, ແຮງທີ່ເຈົ້າຕ້ອງການດຶງອອກຈາກກັນຫຼາຍ.

 ສໍາລັບຕົວຢ່າງ, ປະລໍາມະນູ Si ມີເສັ້ນຜ່າກາງຂະຫນາດໃຫຍ່, ເທົ່າກັບຫມາກໂປມ, ແລະປະລໍາມະນູ C ມີເສັ້ນຜ່າກາງຂະຫນາດນ້ອຍ, ທຽບເທົ່າກັບສີສົ້ມ, ແລະຈໍານວນຂອງຫມາກກ້ຽງແລະຫມາກໂປມທີ່ເທົ່າທຽມກັນແມ່ນ piled ເຂົ້າກັນເປັນໄປເຊຍກັນ SiC.

SiC ແມ່ນທາດປະສົມສອງ, ເຊິ່ງໄລຍະຫ່າງອະຕອມຂອງພັນທະບັດ Si-Si ແມ່ນ 3.89 A, ວິທີການເຂົ້າໃຈໄລຍະຫ່າງນີ້?ໃນປັດຈຸບັນ, ເຄື່ອງ lithography ທີ່ດີເລີດທີ່ສຸດໃນຕະຫຼາດມີຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງ lithography ຂອງ 3nm, ເຊິ່ງເປັນໄລຍະຫ່າງຂອງ 30A, ແລະຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງ lithography ແມ່ນ 8 ເທົ່າຂອງໄລຍະຫ່າງຂອງປະລໍາມະນູ.

ພະລັງງານພັນທະບັດ Si-Si ແມ່ນ 310 kJ / mol, ດັ່ງນັ້ນທ່ານສາມາດເຂົ້າໃຈວ່າພະລັງງານພັນທະບັດແມ່ນກໍາລັງທີ່ດຶງອະຕອມທັງສອງອອກຈາກກັນ, ແລະພະລັງງານພັນທະບັດຫຼາຍ, ແຮງທີ່ເຈົ້າຕ້ອງການດຶງອອກຈາກກັນຫຼາຍ.

ແຜນວາດແຜນຜັງຂອງໂຄງສ້າງ silicon carbide tetrahedron

 ສໍາລັບຕົວຢ່າງ, ປະລໍາມະນູ Si ມີເສັ້ນຜ່າກາງຂະຫນາດໃຫຍ່, ເທົ່າກັບຫມາກໂປມ, ແລະປະລໍາມະນູ C ມີເສັ້ນຜ່າກາງຂະຫນາດນ້ອຍ, ທຽບເທົ່າກັບສີສົ້ມ, ແລະຈໍານວນຂອງຫມາກກ້ຽງແລະຫມາກໂປມທີ່ເທົ່າທຽມກັນແມ່ນ piled ເຂົ້າກັນເປັນໄປເຊຍກັນ SiC.

SiC ແມ່ນທາດປະສົມສອງ, ເຊິ່ງໄລຍະຫ່າງອະຕອມຂອງພັນທະບັດ Si-Si ແມ່ນ 3.89 A, ວິທີການເຂົ້າໃຈໄລຍະຫ່າງນີ້?ໃນປັດຈຸບັນ, ເຄື່ອງ lithography ທີ່ດີເລີດທີ່ສຸດໃນຕະຫຼາດມີຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງ lithography ຂອງ 3nm, ເຊິ່ງເປັນໄລຍະຫ່າງຂອງ 30A, ແລະຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງ lithography ແມ່ນ 8 ເທົ່າຂອງໄລຍະຫ່າງຂອງປະລໍາມະນູ.

ພະລັງງານພັນທະບັດ Si-Si ແມ່ນ 310 kJ / mol, ດັ່ງນັ້ນທ່ານສາມາດເຂົ້າໃຈວ່າພະລັງງານພັນທະບັດແມ່ນກໍາລັງທີ່ດຶງອະຕອມທັງສອງອອກຈາກກັນ, ແລະພະລັງງານພັນທະບັດຫຼາຍ, ແຮງທີ່ເຈົ້າຕ້ອງການດຶງອອກຈາກກັນຫຼາຍ.

 ສໍາລັບຕົວຢ່າງ, ປະລໍາມະນູ Si ມີເສັ້ນຜ່າກາງຂະຫນາດໃຫຍ່, ເທົ່າກັບຫມາກໂປມ, ແລະປະລໍາມະນູ C ມີເສັ້ນຜ່າກາງຂະຫນາດນ້ອຍ, ທຽບເທົ່າກັບສີສົ້ມ, ແລະຈໍານວນຂອງຫມາກກ້ຽງແລະຫມາກໂປມທີ່ເທົ່າທຽມກັນແມ່ນ piled ເຂົ້າກັນເປັນໄປເຊຍກັນ SiC.

SiC ແມ່ນທາດປະສົມສອງ, ເຊິ່ງໄລຍະຫ່າງອະຕອມຂອງພັນທະບັດ Si-Si ແມ່ນ 3.89 A, ວິທີການເຂົ້າໃຈໄລຍະຫ່າງນີ້?ໃນປັດຈຸບັນ, ເຄື່ອງ lithography ທີ່ດີເລີດທີ່ສຸດໃນຕະຫຼາດມີຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງ lithography ຂອງ 3nm, ເຊິ່ງເປັນໄລຍະຫ່າງຂອງ 30A, ແລະຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງ lithography ແມ່ນ 8 ເທົ່າຂອງໄລຍະຫ່າງຂອງປະລໍາມະນູ.

ພະລັງງານພັນທະບັດ Si-Si ແມ່ນ 310 kJ / mol, ດັ່ງນັ້ນທ່ານສາມາດເຂົ້າໃຈວ່າພະລັງງານພັນທະບັດແມ່ນກໍາລັງທີ່ດຶງອະຕອມທັງສອງອອກຈາກກັນ, ແລະພະລັງງານພັນທະບັດຫຼາຍ, ແຮງທີ່ເຈົ້າຕ້ອງການດຶງອອກຈາກກັນຫຼາຍ.

ພວກເຮົາຮູ້ວ່າສານທຸກອັນແມ່ນປະກອບດ້ວຍອະຕອມ, ແລະໂຄງສ້າງຂອງໄປເຊຍກັນເປັນການຈັດລຽງປົກກະຕິຂອງປະລໍາມະນູ, ເຊິ່ງເອີ້ນວ່າຄໍາສັ່ງໄລຍະໄກ, ດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້.ໜ່ວຍແກ້ວທີ່ນ້ອຍທີ່ສຸດ ເອີ້ນວ່າ ເຊນ, ຖ້າເຊລເປັນໂຄງສ້າງກ້ອນ, ເອີ້ນວ່າ ກ້ອນປິດ, ແລະ ເຊນເປັນໂຄງສ້າງຫົກຫຼ່ຽມ, ເອີ້ນວ່າ ສີ່ຫຼ່ຽມອັດແໜ້ນ.

ປະເພດໄປເຊຍກັນ SiC ທົ່ວໄປປະກອບມີ 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC, ແລະອື່ນໆ ລໍາດັບ stacking ຂອງພວກເຂົາໃນທິດທາງແກນ c ແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ.

 

ໃນບັນດາພວກເຂົາ, ລໍາດັບ stacking ພື້ນຖານຂອງ 4H-SiC ແມ່ນ ABCB ... ;ລໍາດັບ stacking ພື້ນຖານຂອງ 6H-SiC ແມ່ນ ABCACB... ;ລໍາດັບຂັ້ນພື້ນຖານຂອງ 15R-SiC ແມ່ນ ABCACBCABACABCB... .

 

ອັນນີ້ເຫັນເປັນດິນຈີ່ສຳລັບປຸກເຮືອນ, ດິນຈີ່ເຮືອນບາງອັນມີທາງວາງ 3 ຊັ້ນ, ບາງຊັ້ນວາງໄດ້ 4 ວິທີ, ບາງຊັ້ນກໍ່ມີ 6 ວິທີ.
ຕົວກໍານົດການຈຸລັງພື້ນຖານຂອງປະເພດໄປເຊຍກັນ SiC ທົ່ວໄປເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຕາຕະລາງ:

a, b, c ແລະມຸມ ໝາຍ ຄວາມວ່າແນວໃດ?ໂຄງສ້າງຂອງເຊລໜ່ວຍນ້ອຍທີ່ສຸດໃນເຊມິຄອນດັກເຕີ SiC ແມ່ນໄດ້ອະທິບາຍໄວ້ດັ່ງນີ້:

ໃນກໍລະນີຂອງຈຸລັງດຽວກັນ, ໂຄງປະກອບການໄປເຊຍກັນຍັງຈະແຕກຕ່າງກັນ, ນີ້ຄືພວກເຮົາຊື້ຫວຍ, ເລກຊະນະແມ່ນ 1, 2, 3, ເຈົ້າຊື້ 1, 2, 3 ສາມຕົວເລກ, ແຕ່ຖ້າຈໍານວນຖືກຈັດຮຽງ. ແຕກຕ່າງກັນ, ຈໍານວນຊະນະແມ່ນແຕກຕ່າງກັນ, ດັ່ງນັ້ນຈໍານວນແລະຄໍາສັ່ງຂອງໄປເຊຍກັນດຽວກັນ, ສາມາດເອີ້ນວ່າໄປເຊຍກັນດຽວກັນ.
ຕົວເລກຕໍ່ໄປນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນສອງຮູບແບບ stacking ປົກກະຕິ, ພຽງແຕ່ຄວາມແຕກຕ່າງໃນຮູບແບບ stacking ຂອງປະລໍາມະນູເທິງ, ໂຄງສ້າງໄປເຊຍກັນແມ່ນແຕກຕ່າງກັນ.

ໂຄງສ້າງຜລຶກທີ່ສ້າງຂຶ້ນໂດຍ SiC ແມ່ນມີຄວາມກ່ຽວຂ້ອງຢ່າງແຂງແຮງກັບອຸນຫະພູມ.ພາຍໃຕ້ການປະຕິບັດຂອງອຸນຫະພູມສູງຂອງ 1900 ~ 2000 ℃, 3C-SiC ຈະຄ່ອຍໆຫັນປ່ຽນເປັນ hexagonal SiC polyform ເຊັ່ນ 6H-SiC ເນື່ອງຈາກຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງໂຄງສ້າງທີ່ບໍ່ດີ.ມັນເປັນທີ່ຊັດເຈນຍ້ອນຄວາມສໍາພັນທີ່ເຂັ້ມແຂງລະຫວ່າງຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງການສ້າງ polymorphs SiC ແລະອຸນຫະພູມ, ແລະຄວາມບໍ່ສະຖຽນລະພາບຂອງ 3C-SiC ຕົວຂອງມັນເອງ, ອັດຕາການເຕີບໂຕຂອງ 3C-SiC ແມ່ນຍາກທີ່ຈະປັບປຸງ, ແລະການກະກຽມແມ່ນມີຄວາມຫຍຸ້ງຍາກ.ລະບົບ hexagonal ຂອງ 4H-SiC ແລະ 6H-SiC ແມ່ນທົ່ວໄປທີ່ສຸດແລະງ່າຍຕໍ່ການກະກຽມ, ແລະໄດ້ຮັບການສຶກສາຢ່າງກວ້າງຂວາງເນື່ອງຈາກຄຸນລັກສະນະຂອງຕົນເອງ.

 ຄວາມຍາວຂອງພັນທະບັດຂອງພັນທະບັດ SI-C ໃນໄປເຊຍກັນ SiC ແມ່ນພຽງແຕ່ 1.89A, ແຕ່ພະລັງງານຜູກມັດແມ່ນສູງເຖິງ 4.53eV.ດັ່ງນັ້ນ, ຊ່ອງຫວ່າງລະດັບພະລັງງານລະຫວ່າງລັດພັນທະບັດແລະລັດຕ້ານການຜູກມັດແມ່ນຂະຫນາດໃຫຍ່ຫຼາຍ, ແລະຊ່ອງຫວ່າງວົງກວ້າງສາມາດຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນ, ເຊິ່ງຫຼາຍເທົ່າຂອງ Si ແລະ GaAs.ຄວາມກວ້າງຂອງຊ່ອງຫວ່າງແຖບທີ່ສູງຂຶ້ນຫມາຍຄວາມວ່າໂຄງສ້າງຜລຶກທີ່ມີອຸນຫະພູມສູງມີຄວາມຫມັ້ນຄົງ.ເອເລັກໂຕຣນິກພະລັງງານທີ່ກ່ຽວຂ້ອງສາມາດຮັບຮູ້ລັກສະນະຂອງການດໍາເນີນງານທີ່ຫມັ້ນຄົງຢູ່ໃນອຸນຫະພູມສູງແລະໂຄງສ້າງການກະຈາຍຄວາມຮ້ອນທີ່ງ່າຍດາຍ.

ການຜູກມັດຂອງພັນທະບັດ Si-C ທີ່ແຫນ້ນຫນາເຮັດໃຫ້ເສັ້ນດ່າງມີຄວາມຖີ່ຂອງການສັ່ນສະເທືອນສູງ, ນັ້ນແມ່ນ, phonon ພະລັງງານສູງ, ຊຶ່ງຫມາຍຄວາມວ່າຜລຶກ SiC ມີການເຄື່ອນໄຫວຂອງເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ອີ່ມຕົວສູງແລະການນໍາຄວາມຮ້ອນ, ແລະອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກພະລັງງານທີ່ກ່ຽວຂ້ອງມີ. ຄວາມ​ໄວ​ສະ​ຫຼັບ​ທີ່​ສູງ​ຂຶ້ນ​ແລະ​ຄວາມ​ຫນ້າ​ເຊື່ອ​ຖື​, ເຊິ່ງ​ຫຼຸດ​ຜ່ອນ​ຄວາມ​ສ່ຽງ​ຂອງ​ອຸ​ປະ​ກອນ overtemperature ລົ້ມ​ເຫຼວ​.ນອກຈາກນັ້ນ, ຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງພາກສະຫນາມການທໍາລາຍທີ່ສູງຂຶ້ນຂອງ SiC ຊ່ວຍໃຫ້ມັນບັນລຸຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງ doping ສູງຂຶ້ນແລະມີຄວາມຕ້ານທານຕ່ໍາ.

 ອັນທີສອງ, ປະຫວັດສາດຂອງການພັດທະນາໄປເຊຍກັນ SiC

 ໃນປີ 1905, ທ່ານດຣ Henri Moissan ໄດ້ຄົ້ນພົບກ້ອນຫີນ SiC ທໍາມະຊາດຢູ່ໃນຂຸມຝັງສົບ, ເຊິ່ງລາວໄດ້ພົບເຫັນຄ້າຍຄືເພັດ ແລະຕັ້ງຊື່ໃຫ້ມັນວ່າເພັດ Mosan.

 ໃນຄວາມເປັນຈິງ, ໃນຕົ້ນປີ 1885, Acheson ໄດ້ຮັບ SiC ໂດຍການປະສົມ coke ກັບ silica ແລະເຮັດໃຫ້ຄວາມຮ້ອນໃນ furnace ໄຟຟ້າ.ໃນເວລານັ້ນ, ປະຊາຊົນເຂົ້າໃຈຜິດວ່າມັນເປັນການປະສົມຂອງເພັດແລະເອີ້ນວ່າມັນ emery.

 ໃນປີ 1892, Acheson ໄດ້ປັບປຸງຂະບວນການສັງເຄາະ, ລາວໄດ້ປະສົມດິນຊາຍ quartz, coke, ຈໍານວນຂະຫນາດນ້ອຍຂອງ chip ໄມ້ແລະ NaCl, ແລະໃຫ້ຄວາມຮ້ອນໃນ furnace arc ໄຟຟ້າເຖິງ 2700 ℃, ແລະສົບຜົນສໍາເລັດໄດ້ຮັບໄປເຊຍກັນ SiC scaly.ວິທີການສັງເຄາະ SiC ໄປເຊຍກັນນີ້ແມ່ນເອີ້ນວ່າວິທີການ Acheson ແລະຍັງເປັນວິທີການຕົ້ນຕໍຂອງການຜະລິດ abrasives SiC ໃນອຸດສາຫະກໍາ.ເນື່ອງຈາກຄວາມບໍລິສຸດຕ່ໍາຂອງວັດຖຸດິບສັງເຄາະແລະຂະບວນການສັງເຄາະ rough, ວິທີການ Acheson ຜະລິດ impurities SiC ຫຼາຍ, ຄວາມສົມບູນໄປເຊຍກັນບໍ່ດີແລະເສັ້ນຜ່າກາງໄປເຊຍກັນຂະຫນາດນ້ອຍ, ຍາກທີ່ຈະຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການຂອງອຸດສາຫະກໍາ semiconductor ສໍາລັບຂະຫນາດໃຫຍ່, ຄວາມບໍລິສຸດສູງແລະສູງ. - ໄປເຊຍກັນທີ່ມີຄຸນນະພາບ, ແລະບໍ່ສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອຜະລິດອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກ.

 Lely ຂອງຫ້ອງທົດລອງ Philips ໄດ້ສະເຫນີວິທີການໃຫມ່ສໍາລັບການຂະຫຍາຍຕົວໄປເຊຍກັນ SiC ດຽວໃນປີ 1955. ໃນວິທີການນີ້, graphite crucible ຖືກນໍາໃຊ້ເປັນເຮືອການຂະຫຍາຍຕົວ, SiC ຜົງໄປເຊຍກັນຖືກນໍາໃຊ້ເປັນວັດຖຸດິບສໍາລັບການຂະຫຍາຍຕົວໄປເຊຍກັນ SiC, ແລະ graphite porous ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອແຍກ. ພື້ນທີ່ເປັນຮູຈາກສູນກາງຂອງວັດຖຸດິບທີ່ເຕີບໃຫຍ່.ເມື່ອເຕີບໃຫຍ່, ແກນກາໄບໄຣຖືກໃຫ້ຄວາມຮ້ອນເຖິງ 2500 ℃ພາຍໃຕ້ບັນຍາກາດຂອງ Ar ຫຼື H2, ແລະຜົງ SiC ທີ່ຢູ່ຂ້າງຄຽງແມ່ນ sublimed ແລະ decomposed ເຂົ້າໄປໃນສານໄລຍະອາຍແກັສ Si ແລະ C, ແລະໄປເຊຍກັນ SiC ເຕີບໃຫຍ່ຢູ່ໃນພື້ນທີ່ເປັນຮູກາງຫຼັງຈາກອາຍແກັສ. ການໄຫຼແມ່ນສົ່ງຜ່ານ graphite porous.

ອັນທີສາມ, ເຕັກໂນໂລຊີການຂະຫຍາຍຕົວໄປເຊຍກັນ SiC

ການຂະຫຍາຍຕົວໄປເຊຍກັນດຽວຂອງ SiC ແມ່ນມີຄວາມຫຍຸ້ງຍາກເນື່ອງຈາກຄຸນລັກສະນະຂອງຕົນເອງ.ນີ້ແມ່ນສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນຍ້ອນຄວາມຈິງທີ່ວ່າບໍ່ມີໄລຍະຂອງແຫຼວທີ່ມີອັດຕາສ່ວນ stoichiometric ຂອງ Si: C = 1: 1 ຢູ່ທີ່ຄວາມກົດດັນຂອງບັນຍາກາດ, ແລະມັນບໍ່ສາມາດເຕີບໂຕໄດ້ໂດຍວິທີການເຕີບໂຕທີ່ແກ່ກວ່າທີ່ໃຊ້ໂດຍຂະບວນການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ semiconductor ໃນປະຈຸບັນ. ອຸດສາຫະກໍາ - ວິທີການ cZ, ວິທີການ crucible ຫຼຸດລົງແລະວິທີການອື່ນໆ.ອີງຕາມການຄິດໄລ່ທາງທິດສະດີ, ພຽງແຕ່ໃນເວລາທີ່ຄວາມກົດດັນແມ່ນຫຼາຍກ່ວາ 10E5atm ແລະອຸນຫະພູມສູງກວ່າ 3200 ℃, ອັດຕາສ່ວນ stoichiometric ຂອງ Si: C = 1: 1 ການແກ້ໄຂສາມາດໄດ້ຮັບ.ເພື່ອເອົາຊະນະບັນຫານີ້, ນັກວິທະຍາສາດໄດ້ພະຍາຍາມຢ່າງບໍ່ຢຸດຢັ້ງເພື່ອສະເຫນີວິທີການຕ່າງໆເພື່ອໃຫ້ໄດ້ໄປເຊຍກັນທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງ, ຂະຫນາດໃຫຍ່ແລະໄປເຊຍກັນ SiC ລາຄາຖືກ.ໃນປັດຈຸບັນ, ວິທີການຕົ້ນຕໍແມ່ນວິທີການ PVT, ວິທີການໄລຍະຂອງແຫຼວແລະວິທີການລະບາຍສານເຄມີ vapor ອຸນຫະພູມສູງ.