Pertama, struktur dan sifat kristal SiC.
SiC merupakan senyawa biner yang dibentuk oleh unsur Si dan unsur C dengan perbandingan 1:1, yaitu 50% silikon (Si) dan 50% karbon (C), dan satuan struktur dasarnya adalah SI-C tetrahedron.
Diagram skema struktur silikon karbida tetrahedron
Misalnya, atom Si berdiameter besar, setara dengan apel, dan atom C berdiameter kecil, setara dengan jeruk, dan jeruk dan apel dalam jumlah yang sama ditumpuk bersama untuk membentuk kristal SiC.
SiC adalah senyawa biner yang jarak atom ikatan Si-Sinya adalah 3,89 A, bagaimana memahami jarak ini?Saat ini, mesin litografi terbaik di pasaran memiliki akurasi litografi 3nm, yaitu jarak 30A, dan akurasi litografi 8 kali lipat dari jarak atom.
Energi ikatan Si-Si adalah 310 kJ/mol, sehingga dapat dipahami bahwa energi ikatan adalah gaya yang menarik kedua atom tersebut, dan semakin besar energi ikatan, semakin besar pula gaya yang diperlukan untuk melepaskan diri.
Misalnya, atom Si berdiameter besar, setara dengan apel, dan atom C berdiameter kecil, setara dengan jeruk, dan jeruk dan apel dalam jumlah yang sama ditumpuk bersama untuk membentuk kristal SiC.
SiC adalah senyawa biner yang jarak atom ikatan Si-Sinya adalah 3,89 A, bagaimana memahami jarak ini?Saat ini, mesin litografi terbaik di pasaran memiliki akurasi litografi 3nm, yaitu jarak 30A, dan akurasi litografi 8 kali lipat dari jarak atom.
Energi ikatan Si-Si adalah 310 kJ/mol, sehingga dapat dipahami bahwa energi ikatan adalah gaya yang menarik kedua atom tersebut, dan semakin besar energi ikatan, semakin besar pula gaya yang diperlukan untuk melepaskan diri.
Diagram skema struktur silikon karbida tetrahedron
Misalnya, atom Si berdiameter besar, setara dengan apel, dan atom C berdiameter kecil, setara dengan jeruk, dan jeruk dan apel dalam jumlah yang sama ditumpuk bersama untuk membentuk kristal SiC.
SiC adalah senyawa biner yang jarak atom ikatan Si-Sinya adalah 3,89 A, bagaimana memahami jarak ini?Saat ini, mesin litografi terbaik di pasaran memiliki akurasi litografi 3nm, yaitu jarak 30A, dan akurasi litografi 8 kali lipat dari jarak atom.
Energi ikatan Si-Si adalah 310 kJ/mol, sehingga dapat dipahami bahwa energi ikatan adalah gaya yang menarik kedua atom tersebut, dan semakin besar energi ikatan, semakin besar pula gaya yang diperlukan untuk melepaskan diri.
Misalnya, atom Si berdiameter besar, setara dengan apel, dan atom C berdiameter kecil, setara dengan jeruk, dan jeruk dan apel dalam jumlah yang sama ditumpuk bersama untuk membentuk kristal SiC.
SiC adalah senyawa biner yang jarak atom ikatan Si-Sinya adalah 3,89 A, bagaimana memahami jarak ini?Saat ini, mesin litografi terbaik di pasaran memiliki akurasi litografi 3nm, yaitu jarak 30A, dan akurasi litografi 8 kali lipat dari jarak atom.
Energi ikatan Si-Si adalah 310 kJ/mol, sehingga dapat dipahami bahwa energi ikatan adalah gaya yang menarik kedua atom tersebut, dan semakin besar energi ikatan, semakin besar pula gaya yang diperlukan untuk melepaskan diri.
Kita tahu bahwa setiap zat terdiri dari atom-atom, dan struktur kristal adalah susunan atom-atom yang teratur, yang disebut tatanan jangka panjang, seperti berikut ini.Satuan kristal terkecil disebut sel, jika sel berstruktur kubik disebut kubik rapat, dan sel berstruktur heksagonal disebut heksagonal rapat.
Jenis kristal SiC yang umum meliputi 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC, dll. Urutan penumpukannya pada arah sumbu c ditunjukkan pada gambar.
Diantaranya, urutan susun dasar 4H-SiC adalah ABCB... ;Urutan susun dasar 6H-SiC adalah ABCACB... ;Urutan susun dasar 15R-SiC adalah ABCACBCABACACB... .
Ini bisa dilihat sebagai batu bata untuk membangun rumah, ada yang batu bata rumah ada yang tiga cara penempatannya, ada yang empat cara penempatannya, ada pula yang enam cara penempatannya.
Parameter sel dasar dari jenis kristal SiC umum ini ditunjukkan pada tabel:
Apa yang dimaksud dengan a, b, c dan sudut?Struktur sel satuan terkecil dalam semikonduktor SiC dijelaskan sebagai berikut:
Dalam kasus sel yang sama, struktur kristalnya juga akan berbeda, ini seperti kita membeli lotre, nomor pemenangnya adalah 1, 2, 3, anda membeli 1, 2, 3 tiga nomor, tetapi jika nomor tersebut diurutkan berbeda, jumlah kemenangannya pun berbeda, sehingga jumlah dan urutan kristal yang sama, dapat disebut kristal yang sama.
Gambar berikut menunjukkan dua mode penumpukan yang khas, hanya perbedaan pada mode penumpukan atom atas, struktur kristalnya berbeda.
Struktur kristal yang dibentuk oleh SiC sangat berkaitan dengan suhu.Di bawah pengaruh suhu tinggi 1900~2000 ℃, 3C-SiC perlahan-lahan akan berubah menjadi poliform SiC heksagonal seperti 6H-SiC karena stabilitas strukturalnya yang buruk.Justru karena adanya korelasi yang kuat antara kemungkinan pembentukan polimorf SiC dan suhu, serta ketidakstabilan 3C-SiC itu sendiri, laju pertumbuhan 3C-SiC sulit ditingkatkan, dan persiapannya pun sulit.Sistem heksagonal 4H-SiC dan 6H-SiC adalah yang paling umum dan lebih mudah disiapkan, serta dipelajari secara luas karena karakteristiknya masing-masing.
Panjang ikatan ikatan SI-C pada kristal SiC hanya 1,89A, namun energi ikatnya mencapai 4,53eV.Oleh karena itu, kesenjangan tingkat energi antara keadaan terikat dan keadaan anti-ikatan sangat besar, dan kesenjangan pita yang lebar dapat terbentuk, yaitu beberapa kali lipat dari Si dan GaAs.Semakin besar lebar celah pita berarti struktur kristal suhu tinggi stabil.Elektronika daya terkait dapat mewujudkan karakteristik operasi yang stabil pada suhu tinggi dan struktur pembuangan panas yang disederhanakan.
Pengikatan ikatan Si-C yang erat membuat kisi memiliki frekuensi getaran yang tinggi, yaitu fonon berenergi tinggi, yang berarti kristal SiC memiliki mobilitas elektron jenuh dan konduktivitas termal yang tinggi, dan perangkat elektronik daya terkait memiliki a kecepatan peralihan dan keandalan yang lebih tinggi, yang mengurangi risiko kegagalan suhu perangkat yang berlebihan.Selain itu, kekuatan medan kerusakan SiC yang lebih tinggi memungkinkannya mencapai konsentrasi doping yang lebih tinggi dan resistensi yang lebih rendah.
Kedua, sejarah perkembangan kristal SiC
Pada tahun 1905, Dr. Henri Moissan menemukan kristal SiC alami di kawah, yang menurutnya menyerupai berlian dan menamakannya berlian Mosan.
Faktanya, pada awal tahun 1885, Acheson memperoleh SiC dengan mencampurkan kokas dengan silika dan memanaskannya dalam tungku listrik.Saat itu, orang mengira itu adalah campuran berlian dan menyebutnya ampelas.
Pada tahun 1892, Acheson meningkatkan proses sintesis, ia mencampurkan pasir kuarsa, kokas, sejumlah kecil serpihan kayu dan NaCl, dan memanaskannya dalam tungku busur listrik hingga 2700℃, dan berhasil memperoleh kristal SiC bersisik.Metode sintesis kristal SiC ini dikenal sebagai metode Acheson dan masih menjadi metode utama dalam memproduksi bahan abrasif SiC di industri.Karena kemurnian bahan baku sintetik yang rendah dan proses sintesis yang kasar, metode Acheson menghasilkan lebih banyak pengotor SiC, integritas kristal yang buruk, dan diameter kristal yang kecil, sehingga sulit memenuhi persyaratan industri semikonduktor untuk ukuran besar, kemurnian tinggi, dan tinggi. -kristal berkualitas, dan tidak dapat digunakan untuk pembuatan perangkat elektronik.
Lely dari Laboratorium Philips mengusulkan metode baru untuk menumbuhkan kristal tunggal SiC pada tahun 1955. Dalam metode ini, wadah grafit digunakan sebagai wadah pertumbuhan, kristal bubuk SiC digunakan sebagai bahan baku untuk menumbuhkan kristal SiC, dan grafit berpori digunakan untuk mengisolasi. area berongga dari pusat bahan baku tumbuh.Ketika tumbuh, wadah grafit dipanaskan hingga 2500℃ di bawah atmosfer Ar atau H2, dan bubuk SiC perifer disublimasikan dan didekomposisi menjadi zat fase uap Si dan C, dan kristal SiC ditanam di daerah berongga tengah setelah gas. aliran ditransmisikan melalui grafit berpori.
Ketiga, teknologi pertumbuhan kristal SiC
Pertumbuhan kristal tunggal SiC sulit dilakukan karena karakteristiknya sendiri.Hal ini terutama disebabkan oleh fakta bahwa tidak ada fase cair dengan rasio stoikiometri Si: C = 1:1 pada tekanan atmosfer, dan tidak dapat ditumbuhkan dengan metode pertumbuhan yang lebih matang yang digunakan oleh proses pertumbuhan arus utama semikonduktor. industri - metode cZ, metode wadah jatuh dan metode lainnya.Menurut perhitungan teoritis, hanya ketika tekanan lebih besar dari 10E5atm dan suhu lebih tinggi dari 3200℃ barulah diperoleh perbandingan stoikiometri larutan Si:C = 1:1.Untuk mengatasi masalah ini, para ilmuwan terus berupaya untuk mengusulkan berbagai metode untuk mendapatkan kristal SiC berkualitas tinggi, ukuran besar, dan murah.Saat ini, metode utama adalah metode PVT, metode fase cair dan metode deposisi kimia uap suhu tinggi.
Waktu posting: 24 Januari 2024