செய்தி - சிலிக்கான் கார்பைட்டின் கட்டமைப்பு மற்றும் வளர்ச்சி தொழில்நுட்பம்

முதலில், SiC படிகத்தின் அமைப்பு மற்றும் பண்புகள்.

SiC என்பது Si உறுப்பு மற்றும் C தனிமத்தால் 1:1 விகிதத்தில் உருவாகிறது, அதாவது 50% சிலிக்கான் (Si) மற்றும் 50% கார்பன் (C) மற்றும் அதன் அடிப்படை கட்டமைப்பு அலகு SI-C டெட்ராஹெட்ரான் ஆகும்.

சிலிக்கான் கார்பைடு டெட்ராஹெட்ரான் கட்டமைப்பின் திட்ட வரைபடம்

எடுத்துக்காட்டாக, Si அணுக்கள் பெரிய விட்டம் கொண்டவை, ஆப்பிளுக்கு சமமானவை, மற்றும் C அணுக்கள் சிறிய விட்டம் கொண்டவை, ஆரஞ்சுக்கு சமமானவை, மேலும் சம எண்ணிக்கையிலான ஆரஞ்சு மற்றும் ஆப்பிள்கள் ஒன்றாக குவிக்கப்பட்டு SiC படிகத்தை உருவாக்குகின்றன.

SiC என்பது பைனரி சேர்மமாகும், இதில் Si-Si பிணைப்பு அணு இடைவெளி 3.89 A, இந்த இடைவெளியை எவ்வாறு புரிந்துகொள்வது? தற்போது, சந்தையில் உள்ள மிகச் சிறந்த லித்தோகிராஃபி இயந்திரம் 3nm இன் லித்தோகிராஃபி துல்லியத்தைக் கொண்டுள்ளது, இது 30A தூரம், மற்றும் லித்தோகிராஃபி துல்லியம் அணு தூரத்தை விட 8 மடங்கு ஆகும்.

Si-Si பிணைப்பு ஆற்றல் 310 kJ/mol ஆகும், எனவே பிணைப்பு ஆற்றல் என்பது இந்த இரண்டு அணுக்களையும் பிரிக்கும் சக்தி என்பதையும், பிணைப்பு ஆற்றல் அதிகமாக இருந்தால், நீங்கள் பிரிக்க வேண்டிய சக்தி அதிகமாக இருப்பதையும் நீங்கள் புரிந்து கொள்ளலாம்.

சிலிக்கான் கார்பைடு டெட்ராஹெட்ரான் கட்டமைப்பின் திட்ட வரைபடம்

ஒவ்வொரு பொருளும் அணுக்களால் ஆனது என்பதை நாம் அறிவோம், மேலும் ஒரு படிகத்தின் அமைப்பு அணுக்களின் வழக்கமான அமைப்பாகும், இது பின்வருவன போன்ற நீண்ட தூர வரிசை என்று அழைக்கப்படுகிறது. மிகச்சிறிய படிக அலகு செல் என்று அழைக்கப்படுகிறது, செல் ஒரு கனசதுர அமைப்பாக இருந்தால், அது ஒரு நெருக்கமான நிரம்பிய கனசதுரம் என்று அழைக்கப்படுகிறது, மற்றும் செல் ஒரு அறுகோண அமைப்பு, அது ஒரு நெருக்கமான-நிரம்பிய அறுகோணமாக அழைக்கப்படுகிறது.

பொதுவான SiC படிக வகைகளில் 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC போன்றவை அடங்கும். c அச்சின் திசையில் அவற்றின் அடுக்கி வைக்கும் வரிசை படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது.

அவற்றில், 4H-SiC இன் அடிப்படை ஸ்டாக்கிங் வரிசை ABCB... ; 6H-SiC இன் அடிப்படை ஸ்டாக்கிங் வரிசை ABCACB... ; 15R-SiC இன் அடிப்படை ஸ்டாக்கிங் வரிசை ABCACBCABACABCB... .

இதனை வீடு கட்டும் செங்கல்லாகவும், சில வீட்டுச் செங்கற்கள் மூன்று விதமாகவும், சிலருக்கு நான்கு விதமாகவும், சிலருக்கு ஆறு வழிகளாகவும் பார்க்கலாம்.
இந்த பொதுவான SiC படிக வகைகளின் அடிப்படை செல் அளவுருக்கள் அட்டவணையில் காட்டப்பட்டுள்ளன:

a, b, c மற்றும் கோணங்கள் எதைக் குறிக்கின்றன? SiC குறைக்கடத்தியில் உள்ள மிகச்சிறிய அலகு கலத்தின் அமைப்பு பின்வருமாறு விவரிக்கப்பட்டுள்ளது:

அதே செல்லில், படிக அமைப்பும் வித்தியாசமாக இருக்கும், இது நாம் லாட்டரி வாங்குவது போல, வெற்றி எண் 1, 2, 3, நீங்கள் 1, 2, 3 மூன்று எண்களை வாங்கியுள்ளீர்கள், ஆனால் எண் வரிசைப்படுத்தப்பட்டால் வித்தியாசமாக, வெற்றித் தொகை வேறுபட்டது, எனவே ஒரே படிகத்தின் எண் மற்றும் வரிசையை ஒரே படிகம் என்று அழைக்கலாம்.
பின்வரும் படம் இரண்டு பொதுவான ஸ்டாக்கிங் முறைகளைக் காட்டுகிறது, மேல் அணுக்களின் ஸ்டாக்கிங் பயன்முறையில் உள்ள வேறுபாடு மட்டுமே, படிக அமைப்பு வேறுபட்டது.

SiC ஆல் உருவாக்கப்பட்ட படிக அமைப்பு வெப்பநிலையுடன் வலுவாக தொடர்புடையது. 1900~2000 ℃ உயர் வெப்பநிலையின் செயல்பாட்டின் கீழ், 3C-SiC ஆனது அதன் மோசமான கட்டமைப்பு நிலைத்தன்மையின் காரணமாக 6H-SiC போன்ற அறுகோண SiC பாலிஃபார்மாக மெதுவாக மாறும். இது துல்லியமாக SiC பாலிமார்ப்கள் மற்றும் வெப்பநிலை உருவாவதற்கான நிகழ்தகவு மற்றும் 3C-SiC இன் உறுதியற்ற தன்மை ஆகியவற்றுக்கு இடையே உள்ள வலுவான தொடர்பு காரணமாக, 3C-SiC இன் வளர்ச்சி விகிதத்தை மேம்படுத்துவது கடினம், மேலும் தயாரிப்பது கடினம். 4H-SiC மற்றும் 6H-SiC இன் அறுகோண அமைப்பு மிகவும் பொதுவானது மற்றும் தயாரிப்பதற்கு எளிதானது, மேலும் அவை அவற்றின் சொந்த குணாதிசயங்கள் காரணமாக பரவலாக ஆய்வு செய்யப்படுகின்றன.

SiC படிகத்தில் SI-C பிணைப்பின் பிணைப்பு நீளம் 1.89A மட்டுமே, ஆனால் பிணைப்பு ஆற்றல் 4.53eV வரை அதிகமாக உள்ளது. எனவே, பிணைப்பு நிலைக்கும் எதிர்-பிணைப்பு நிலைக்கும் இடையே உள்ள ஆற்றல் நிலை இடைவெளி மிகப் பெரியது, மேலும் பரந்த பேண்ட் இடைவெளியை உருவாக்க முடியும், இது Si மற்றும் GaA களை விட பல மடங்கு அதிகமாகும். அதிக பேண்ட் இடைவெளி அகலம் என்பது உயர் வெப்பநிலை படிக அமைப்பு நிலையானது என்பதாகும். தொடர்புடைய மின்சக்தி மின்னணுவியல் உயர் வெப்பநிலை மற்றும் எளிமைப்படுத்தப்பட்ட வெப்பச் சிதறல் கட்டமைப்பில் நிலையான செயல்பாட்டின் பண்புகளை உணர முடியும்.

Si-C பிணைப்பின் இறுக்கமான பிணைப்பு, லட்டுக்கு அதிக அதிர்வு அதிர்வெண் உள்ளது, அதாவது உயர் ஆற்றல் ஃபோனான், அதாவது SiC படிகமானது அதிக நிறைவுற்ற எலக்ட்ரான் இயக்கம் மற்றும் வெப்ப கடத்துத்திறனைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் தொடர்புடைய சக்தி மின்னணு சாதனங்கள் அதிக மாறுதல் வேகம் மற்றும் நம்பகத்தன்மை, இது சாதனத்தின் அதிக வெப்பநிலை தோல்வியின் அபாயத்தைக் குறைக்கிறது. கூடுதலாக, SiC இன் அதிக முறிவு புலம் வலிமையானது அதிக ஊக்கமருந்து செறிவுகளை அடைய அனுமதிக்கிறது மற்றும் குறைந்த எதிர்ப்பைக் கொண்டுள்ளது.

இரண்டாவதாக, SiC படிக வளர்ச்சியின் வரலாறு

1905 ஆம் ஆண்டில், டாக்டர் ஹென்றி மொய்சன் பள்ளத்தில் இயற்கையான SiC படிகத்தைக் கண்டுபிடித்தார், அது ஒரு வைரத்தை ஒத்திருப்பதைக் கண்டறிந்து அதற்கு மோசன் வைரம் என்று பெயரிட்டார்.

உண்மையில், 1885 ஆம் ஆண்டிலேயே, சிலிக்காவுடன் கோக்கைக் கலந்து மின்சார உலையில் சூடாக்கி அச்செசன் SiC ஐப் பெற்றார். அந்த நேரத்தில், மக்கள் அதை வைரங்களின் கலவையாக தவறாக நினைத்து, அதை எமரி என்று அழைத்தனர்.

1892 ஆம் ஆண்டில், அச்செசன் தொகுப்பு செயல்முறையை மேம்படுத்தினார், அவர் குவார்ட்ஸ் மணல், கோக், சிறிய அளவு மர சில்லுகள் மற்றும் NaCl ஆகியவற்றைக் கலந்து, அதை ஒரு மின்சார வில் உலையில் 2700℃ வரை சூடாக்கினார், மேலும் செதில் SiC படிகங்களை வெற்றிகரமாகப் பெற்றார். SiC படிகங்களை ஒருங்கிணைக்கும் இந்த முறை Acheson முறை என்று அழைக்கப்படுகிறது, மேலும் இது தொழில்துறையில் SiC உராய்வுகளை உற்பத்தி செய்வதற்கான முக்கிய முறையாகும். செயற்கை மூலப்பொருட்களின் குறைந்த தூய்மை மற்றும் தோராயமான தொகுப்பு செயல்முறையின் காரணமாக, Acheson முறை அதிக SiC அசுத்தங்கள், மோசமான படிக ஒருமைப்பாடு மற்றும் சிறிய படிக விட்டம் ஆகியவற்றை உருவாக்குகிறது, இது பெரிய அளவு, உயர் தூய்மை மற்றும் அதிக அளவுக்கான குறைக்கடத்தி தொழில்துறையின் தேவைகளை பூர்த்தி செய்வது கடினம். -தரமான படிகங்கள், மற்றும் மின்னணு சாதனங்களை உற்பத்தி செய்ய பயன்படுத்த முடியாது.

பிலிப்ஸ் ஆய்வகத்தின் லீலி 1955 இல் SiC ஒற்றைப் படிகங்களை வளர்ப்பதற்கு ஒரு புதிய முறையை முன்மொழிந்தார். இந்த முறையில், கிராஃபைட் க்ரூசிபிள் வளர்ச்சிக் கப்பலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, SiC தூள் படிகமானது SiC படிகத்தை வளர்ப்பதற்கான மூலப்பொருளாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, மேலும் நுண்ணிய கிராஃபைட் தனிமைப்படுத்தப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. வளர்ந்து வரும் மூலப்பொருளின் மையத்தில் இருந்து ஒரு வெற்று பகுதி. வளரும் போது, கிராஃபைட் க்ரூசிபிள் Ar அல்லது H2 வளிமண்டலத்தின் கீழ் 2500℃ க்கு சூடேற்றப்படுகிறது, மேலும் புற SiC தூள் Si மற்றும் C நீராவி கட்டப் பொருட்களாக சிதைந்து, வாயுக்குப் பிறகு நடுத்தர வெற்றுப் பகுதியில் SiC படிக வளர்க்கப்படுகிறது. நுண்துளை கிராஃபைட் மூலம் ஓட்டம் பரவுகிறது.

மூன்றாவது, SiC படிக வளர்ச்சி தொழில்நுட்பம்

SiC இன் ஒற்றை படிக வளர்ச்சி அதன் சொந்த குணாதிசயங்களால் கடினமாக உள்ளது. வளிமண்டல அழுத்தத்தில் Si: C = 1:1 என்ற ஸ்டோச்சியோமெட்ரிக் விகிதத்துடன் திரவ கட்டம் இல்லை என்பதே இதற்கு முக்கிய காரணமாகும், மேலும் குறைக்கடத்தியின் தற்போதைய முக்கிய வளர்ச்சி செயல்முறையால் பயன்படுத்தப்படும் மிகவும் முதிர்ந்த வளர்ச்சி முறைகளால் அதை வளர்க்க முடியாது. தொழில் - cZ முறை, விழுதல் க்ரூசிபிள் முறை மற்றும் பிற முறைகள். கோட்பாட்டு கணக்கீட்டின்படி, அழுத்தம் 10E5atm ஐ விட அதிகமாகவும், வெப்பநிலை 3200℃ ஐ விட அதிகமாகவும் இருக்கும்போது மட்டுமே, Si: C = 1:1 தீர்வின் ஸ்டோச்சியோமெட்ரிக் விகிதத்தைப் பெற முடியும். இந்தச் சிக்கலைச் சமாளிக்க, விஞ்ஞானிகள் உயர் படிகத் தரம், பெரிய அளவு மற்றும் மலிவான SiC படிகங்களைப் பெற பல்வேறு முறைகளை முன்மொழிய இடைவிடாத முயற்சிகளை மேற்கொண்டுள்ளனர். தற்போது, முக்கிய முறைகள் PVT முறை, திரவ நிலை முறை மற்றும் உயர் வெப்பநிலை நீராவி இரசாயன படிவு முறை.

இடுகை நேரம்: ஜன-24-2024

சிலிக்கான் கார்பைட்டின் கட்டமைப்பு மற்றும் வளர்ச்சி தொழில்நுட்பம் (Ⅰ)