Структура и технологија на раст на силициум карбид (Ⅰ)

Прво, структурата и својствата на SiC кристалот.

SiC е бинарно соединение формирано од Si елемент и C елемент во сооднос 1:1, односно 50% силициум (Si) и 50% јаглерод (C), а неговата основна структурна единица е SI-C тетраедар.

Шематски дијаграм на тетраедарска структура на силициум карбид

 На пример, атомите на Si се со голем дијаметар, еквивалентни на јаболко, а атомите C се со мал дијаметар, еквивалентни на портокал, а еднаков број на портокали и јаболка се натрупани заедно за да формираат SiC кристал.

SiC е бинарно соединение, во кое растојанието на атомот на врската Si-Si е 3,89 А, како да се разбере ова растојание? Во моментов, најодличната машина за литографија на пазарот има точност на литографија од 3 nm, што е растојание од 30 А, а точноста на литографијата е 8 пати поголема од атомското растојание.

Енергијата на врската Si-Si е 310 kJ/mol, така што можете да разберете дека енергијата на врската е силата што ги раздвојува овие два атома, и колку е поголема енергијата на врската, толку е поголема силата што треба да ја разделите.

 На пример, атомите на Si се со голем дијаметар, еквивалентни на јаболко, а атомите C се со мал дијаметар, еквивалентни на портокал, а еднаков број на портокали и јаболка се натрупани заедно за да формираат SiC кристал.

SiC е бинарно соединение, во кое растојанието на атомот на врската Si-Si е 3,89 А, како да се разбере ова растојание? Во моментов, најодличната машина за литографија на пазарот има точност на литографија од 3 nm, што е растојание од 30 А, а точноста на литографијата е 8 пати поголема од атомското растојание.

Енергијата на врската Si-Si е 310 kJ/mol, така што можете да разберете дека енергијата на врската е силата што ги раздвојува овие два атома, и колку е поголема енергијата на врската, толку е поголема силата што треба да ја разделите.

Шематски дијаграм на тетраедарска структура на силициум карбид

 На пример, атомите на Si се со голем дијаметар, еквивалентни на јаболко, а атомите C се со мал дијаметар, еквивалентни на портокал, а еднаков број на портокали и јаболка се натрупани заедно за да формираат SiC кристал.

SiC е бинарно соединение, во кое растојанието на атомот на врската Si-Si е 3,89 А, како да се разбере ова растојание? Во моментов, најодличната машина за литографија на пазарот има точност на литографија од 3 nm, што е растојание од 30 А, а точноста на литографијата е 8 пати поголема од атомското растојание.

Енергијата на врската Si-Si е 310 kJ/mol, така што можете да разберете дека енергијата на врската е силата што ги раздвојува овие два атома, и колку е поголема енергијата на врската, толку е поголема силата што треба да ја разделите.

 На пример, атомите на Si се со голем дијаметар, еквивалентни на јаболко, а атомите C се со мал дијаметар, еквивалентни на портокал, а еднаков број на портокали и јаболка се натрупани заедно за да формираат SiC кристал.

SiC е бинарно соединение, во кое растојанието на атомот на врската Si-Si е 3,89 А, како да се разбере ова растојание? Во моментов, најодличната машина за литографија на пазарот има точност на литографија од 3 nm, што е растојание од 30 А, а точноста на литографијата е 8 пати поголема од атомското растојание.

Енергијата на врската Si-Si е 310 kJ/mol, така што можете да разберете дека енергијата на врската е силата што ги раздвојува овие два атома, и колку е поголема енергијата на врската, толку е поголема силата што треба да ја разделите.

Знаеме дека секоја супстанција е составена од атоми, а структурата на кристалот е правилен распоред на атоми, кој се нарекува редослед на долг дострел, како што е следново. Најмалата кристална единица се нарекува ќелија, ако клетката е кубна структура, се нарекува тесно спакувана кубна, а ќелијата е шестоаголна структура, таа се нарекува блиску спакувана шестоаголна.

Вообичаените типови на SiC кристали вклучуваат 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC, итн. Нивната низа на натрупување во насока на оската c е прикажана на сликата.

 

Меѓу нив, основната низа на редење на 4H-SiC е ABCB... ; Основната низа на редење на 6H-SiC е ABCACB... ; Основната низа на редење на 15R-SiC е ABCACBCABACABCB... .

 

Ова може да се гледа како тула за изградба на куќа, некои од куќните тули имаат три начини за нивно поставување, некои имаат четири начини за нивно поставување, некои имаат шест начини.
Основните параметри на клетките на овие вообичаени типови на кристали SiC се прикажани во табелата:

Што значат a, b, c и аглите? Структурата на најмалата единица ќелија во полупроводник SiC е опишана на следниов начин:

Во случај на иста ќелија, кристалната структура исто така ќе биде различна, ова е како да ја купуваме лотаријата, добитниот број е 1, 2, 3, сте купиле 1, 2, 3 три броја, но ако бројот е подреден поинаку, победничката сума е различна, така што бројот и редоследот на истиот кристал може да се нарече ист кристал.
Следната слика ги прикажува двата типични режими на редење, само разликата во режимот на редење на горните атоми, кристалната структура е различна.

Кристалната структура формирана од SiC е силно поврзана со температурата. Под дејство на висока температура од 1900 ~ 2000 ℃, 3C-SiC полека ќе се трансформира во хексагонален SiC полиформ како што е 6H-SiC поради неговата лоша структурна стабилност. Токму поради силната корелација помеѓу веројатноста за формирање на SiC полиморфи и температурата, и нестабилноста на самиот 3C-SiC, стапката на раст на 3C-SiC е тешко да се подобри, а подготовката е тешка. Шестоаголниот систем на 4H-SiC и 6H-SiC се најчести и полесни за подготовка и се широко проучувани поради нивните сопствени карактеристики.

 Должината на врската на врската SI-C во кристалот SiC е само 1,89 А, но енергијата на врзувањето е висока до 4,53 eV. Затоа, јазот на нивото на енергија помеѓу состојбата на сврзување и состојбата против сврзување е многу голем и може да се формира јаз со широк опсег, кој е неколку пати поголем од оној на Si и GaAs. Поголемата ширина на јазот на лентата значи дека високотемпературната кристална структура е стабилна. Поврзаната електроника за напојување може да ги реализира карактеристиките на стабилна работа на високи температури и поедноставена структура за дисипација на топлина.

Тесното врзување на врската Si-C прави решетката да има висока фреквенција на вибрации, односно високоенергетски фонон, што значи дека кристалот SiC има висока мобилност на заситените електрони и топлинска спроводливост, а поврзаните електронски уреди имаат поголема брзина и сигурност на префрлување, што го намалува ризикот од дефект на прекумерната температура на уредот. Дополнително, поголемата јачина на полето на распаѓање на SiC му овозможува да постигне повисоки концентрации на допинг и да има помала отпорност при вклучување.

 Второ, историјата на развојот на SiC кристалите

 Во 1905 година, д-р Анри Моисан открил природен SiC кристал во кратерот, за кој открил дека личи на дијамант и го нарекол Мосан дијамант.

 Всушност, уште во 1885 година, Ачесон добил SiC со мешање на кокс со силика и загревање во електрична печка. Во тоа време, луѓето го помешаа со мешавина од дијаманти и го нарекуваа шмиргла.

 Во 1892 година, Ачесон го подобрил процесот на синтеза, измешал кварцен песок, кокс, мала количина дрвен чипс и NaCl и го загреал во електрична лачна печка до 2700℃ и успешно добил лушпести SiC кристали. Овој метод на синтетизирање на SiC кристали е познат како метод на Ачесон и сè уште е главен метод за производство на абразиви SiC во индустријата. Поради ниската чистота на синтетичките суровини и грубиот процес на синтеза, методот Ачесон произведува повеќе SiC нечистотии, слаб интегритет на кристалите и мал дијаметар на кристалот, што е тешко да се задоволат барањата на индустријата за полупроводници за големи димензии, висока чистота и висок -квалитетни кристали и не може да се користат за производство на електронски уреди.

 Лели од Philips Laboratory предложи нов метод за одгледување SiC единечни кристали во 1955 година. Во овој метод, графитниот сад се користи како сад за раст, кристалот во прав SiC се користи како суровина за одгледување на SiC кристал, а порозниот графит се користи за изолирање шуплива површина од центарот на растечката суровина. Кога расте, графитниот сад се загрева до 2500℃ под атмосферата на Ar или H2, а периферниот SiC прав се сублимира и се распаѓа на супстанции од Si и C пареа фаза, а SiC кристалот се одгледува во средниот шуплив регион по гасот. протокот се пренесува преку порозниот графит.

Трето, технологија за раст на SiC кристали

Монокристалниот раст на SiC е тежок поради неговите сопствени карактеристики. Ова главно се должи на фактот дека не постои течна фаза со стехиометриски сооднос од Si: C = 1:1 при атмосферски притисок и не може да се одгледува со позрели методи на раст што се користат во тековниот процес на мејнстрим на раст на полупроводникот. индустрија - cZ метод, метод на опаѓање и други методи. Според теоретската пресметка, само кога притисокот е поголем од 10E5atm и температурата е повисока од 3200℃, може да се добие стехиометрискиот сооднос на растворот Si: C = 1:1. Со цел да се надмине овој проблем, научниците вложија незапирливи напори да предложат различни методи за да се добијат висококвалитетни кристали, големи димензии и евтини SiC кристали. Во моментов, главните методи се PVT методот, методот на течна фаза и методот на хемиско таложење на пареа со висока температура.