Цахиурын карбидын бүтэц, өсөлтийн технологи (Ⅰ)

Нэгдүгээрт, SiC талстуудын бүтэц, шинж чанарууд.

SiC нь Si элемент ба С элементээс 1:1 харьцаатай буюу 50% цахиур (Si) ба 50% нүүрстөрөгч (C) хоёртын нэгдэл бөгөөд үндсэн бүтцийн нэгж нь SI-C тетраэдр юм.

Цахиурын карбидын тетраэдрийн бүтцийн бүдүүвч диаграм

 Жишээлбэл, Si атомууд нь том диаметртэй, алимтай тэнцэхүйц, С атомууд нь жижиг диаметртэй, жүржтэй тэнцэхүйц хэмжээтэй, ижил тооны жүрж, алимыг нэгтгэж SiC талст үүсгэдэг.

SiC нь хоёртын нэгдэл бөгөөд Si-Si бондын атомын зай 3.89 А, энэ зайг хэрхэн ойлгох вэ? Одоогийн байдлаар зах зээл дээрх хамгийн шилдэг литографийн машин нь 3 нм-ийн литографийн нарийвчлалтай бөгөөд энэ нь 30А зайд, литографийн нарийвчлал нь атомын зайнаас 8 дахин их байна.

Si-Si бондын энерги нь 310 кЖ/моль тул та бондын энерги нь эдгээр хоёр атомыг хооронд нь татах хүч бөгөөд бондын энерги их байх тусам салгахад шаардагдах хүч их байх болно гэдгийг та ойлгож болно.

 Жишээлбэл, Si атомууд нь том диаметртэй, алимтай тэнцэхүйц, С атомууд нь жижиг диаметртэй, жүржтэй тэнцэхүйц хэмжээтэй, ижил тооны жүрж, алимыг нэгтгэж SiC талст үүсгэдэг.

SiC нь хоёртын нэгдэл бөгөөд Si-Si бондын атомын зай 3.89 А, энэ зайг хэрхэн ойлгох вэ? Одоогийн байдлаар зах зээл дээрх хамгийн шилдэг литографийн машин нь 3 нм-ийн литографийн нарийвчлалтай бөгөөд энэ нь 30А зайд, литографийн нарийвчлал нь атомын зайнаас 8 дахин их байна.

Si-Si бондын энерги нь 310 кЖ/моль тул та бондын энерги нь эдгээр хоёр атомыг хооронд нь татах хүч бөгөөд бондын энерги их байх тусам салгахад шаардагдах хүч их байх болно гэдгийг та ойлгож болно.

Цахиурын карбидын тетраэдрийн бүтцийн бүдүүвч диаграм

 Жишээлбэл, Si атомууд нь том диаметртэй, алимтай тэнцэхүйц, С атомууд нь жижиг диаметртэй, жүржтэй тэнцэхүйц хэмжээтэй, ижил тооны жүрж, алимыг нэгтгэж SiC талст үүсгэдэг.

SiC нь хоёртын нэгдэл бөгөөд Si-Si бондын атомын зай 3.89 А, энэ зайг хэрхэн ойлгох вэ? Одоогийн байдлаар зах зээл дээрх хамгийн шилдэг литографийн машин нь 3 нм-ийн литографийн нарийвчлалтай бөгөөд энэ нь 30А зайд, литографийн нарийвчлал нь атомын зайнаас 8 дахин их байна.

Si-Si бондын энерги нь 310 кЖ/моль тул та бондын энерги нь эдгээр хоёр атомыг хооронд нь татах хүч бөгөөд бондын энерги их байх тусам салгахад шаардагдах хүч их байх болно гэдгийг та ойлгож болно.

 Жишээлбэл, Si атомууд нь том диаметртэй, алимтай тэнцэхүйц, С атомууд нь жижиг диаметртэй, жүржтэй тэнцэхүйц хэмжээтэй, ижил тооны жүрж, алимыг нэгтгэж SiC талст үүсгэдэг.

SiC нь хоёртын нэгдэл бөгөөд Si-Si бондын атомын зай 3.89 А, энэ зайг хэрхэн ойлгох вэ? Одоогийн байдлаар зах зээл дээрх хамгийн шилдэг литографийн машин нь 3 нм-ийн литографийн нарийвчлалтай бөгөөд энэ нь 30А зайд, литографийн нарийвчлал нь атомын зайнаас 8 дахин их байна.

Si-Si бондын энерги нь 310 кЖ/моль тул та бондын энерги нь эдгээр хоёр атомыг хооронд нь татах хүч бөгөөд бондын энерги их байх тусам салгахад шаардагдах хүч их байх болно гэдгийг та ойлгож болно.

Бодис бүр атомуудаас тогтдог ба болор бүтэц нь атомуудын тогтмол зохион байгуулалттай байдгийг бид мэднэ, үүнийг дараахтай адил урт хугацааны дараалал гэж нэрлэдэг. Хамгийн жижиг талст нэгжийг эс гэж нэрлэдэг бөгөөд хэрэв эс нь куб бүтэцтэй бол түүнийг битүү савласан куб, эсийг зургаан өнцөгт бүтэцтэй бол битүү багцалсан зургаан өнцөгт гэж нэрлэдэг.

Нийтлэг SiC талст төрөлд 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC гэх мэт орно. Тэдний с тэнхлэгийн чиглэлд овоолгын дарааллыг зурагт үзүүлэв.

 

Тэдгээрийн дотроос 4H-SiC-ийн үндсэн овоолох дараалал нь ABCB... ; 6H-SiC-ийн үндсэн овоолох дараалал нь ABCACB... ; 15R-SiC-ийн үндсэн овоолох дараалал нь ABCACBCABACABCB... .

 

Үүнийг байшин барих тоосго гэж үзэж болно, зарим байшингийн тоосго нь гурван янзаар, зарим нь дөрвөн янзтай, зургаан янзтай байдаг.
Эдгээр нийтлэг SiC талстуудын үндсэн эсийн параметрүүдийг хүснэгтэд үзүүлэв.

a, b, c, өнцөг нь юу гэсэн үг вэ? SiC хагас дамжуулагчийн хамгийн жижиг нэгж эсийн бүтцийг дараах байдлаар дүрсэлсэн болно.

Нэг эсийн хувьд болор бүтэц нь бас өөр байх болно, энэ нь бид сугалаа худалдаж авахтай адил юм, хожсон тоо нь 1, 2, 3, та 1, 2, 3 гурван тоог худалдаж авсан, гэхдээ тоо нь эрэмблэгдсэн бол өөрөөр, хожлын хэмжээ өөр байдаг тул ижил болорын тоо, дарааллыг ижил болор гэж нэрлэж болно.
Дараах зураг нь хоёр ердийн овоолгын горимыг харуулж байна, зөвхөн дээд атомуудын овоолох горимын ялгаа, болор бүтэц өөр байна.

SiC-ээс үүссэн болор бүтэц нь температуртай хүчтэй холбоотой байдаг. 1900 ~ 2000 ℃ өндөр температурын нөлөөн дор 3C-SiC нь бүтцийн тогтвортой байдал муутай тул аажмаар 6H-SiC гэх мэт зургаан өнцөгт SiC полиформ болж хувирна. Энэ нь SiC полиморф үүсэх магадлал ба температурын хоорондох хүчтэй хамаарал, 3C-SiC өөрөө тогтворгүй байдлаас шалтгаалан 3C-SiC-ийн өсөлтийн хурдыг сайжруулахад хэцүү, бэлтгэл нь хэцүү байдаг. 4H-SiC ба 6H-SiC-ийн зургаан өнцөгт систем нь хамгийн түгээмэл бөгөөд бэлтгэхэд хялбар бөгөөд өөрийн онцлог шинж чанараас шалтгаалан өргөнөөр судлагдсан байдаг.

 SiC талст дахь SI-C бондын урт нь ердөө 1.89А, харин холбох энерги нь 4.53eV хүртэл өндөр байдаг. Иймээс холболтын төлөв ба эсрэг холболтын төлөвийн хоорондох энергийн түвшний зөрүү маш том бөгөөд өргөн зурвас үүсэх боломжтой бөгөөд энэ нь Si ба GaA-аас хэд дахин их байна. Өндөр зурвасын өргөн нь өндөр температурт болор бүтэц тогтвортой байна гэсэн үг юм. Холбогдох цахилгаан хэрэгсэл нь өндөр температурт тогтвортой ажиллах шинж чанар, хялбаршуулсан дулаан ялгаруулах бүтцийг ойлгох боломжтой.

Si-C бондын нягт холболт нь торыг өндөр чичиргээний давтамжтай, өөрөөр хэлбэл өндөр энергийн фононтой болгодог бөгөөд энэ нь SiC болор нь өндөр ханасан электрон хөдөлгөөн ба дулаан дамжуулалттай, холбогдох цахилгаан электрон төхөөрөмжүүд нь илүү өндөр шилжих хурд ба найдвартай байдал нь төхөөрөмжийн хэт температурын эвдрэлийн эрсдлийг бууруулдаг. Нэмж дурдахад SiC-ийн задралын талбайн хүч өндөр байгаа нь допингийн концентрацийг нэмэгдүүлж, эсэргүүцэх чадвар багатай байх боломжийг олгодог.

 Хоёрдугаарт, SiC болор хөгжлийн түүх

 1905 онд доктор Анри Мойсан тогооноос байгалийн SiC талстыг олж, алмазтай төстэй болохыг олж мэдээд Мосан алмаз гэж нэрлэжээ.

 Үнэн хэрэгтээ 1885 онд Ачесон коксыг цахиуртай хольж, цахилгаан зууханд халааж SiC гаргаж авсан. Тухайн үед хүмүүс үүнийг алмаз эрдэнийн холимог гэж андуурч, зүлгүүр гэж нэрлэдэг байв.

 1892 онд Ачесон синтезийн процессыг сайжруулж, кварцын элс, кокс, бага хэмжээний модны үртэс, NaCl-ийг хольж, цахилгаан нуман зууханд 2700 хэм хүртэл халааж, хайрст үлд SiC талстыг амжилттай гаргаж авсан. SiC талстыг нэгтгэх энэ аргыг Ачесон арга гэж нэрлэдэг бөгөөд үйлдвэрлэлд SiC зүлгүүрийг үйлдвэрлэх үндсэн арга хэвээр байна. Синтетик түүхий эдийн цэвэршилт бага, барзгар нийлэгжилтийн процессоос шалтгаалан Ачесон арга нь илүү их SiC хольц үүсгэдэг, талстуудын бүрэн бүтэн байдал муу, жижиг талст диаметртэй байдаг нь хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлийн том хэмжээтэй, өндөр цэвэршилттэй, өндөр агууламжтай байх шаардлагыг хангахад хэцүү байдаг. -чанартай талстууд бөгөөд электрон төхөөрөмж үйлдвэрлэхэд ашиглах боломжгүй.

 Philips лабораторийн ажилтан Лели 1955 онд SiC дан талстыг ургуулах шинэ аргыг санал болгосон. Энэ аргын хувьд графит тигелийг өсөлтийн сав болгон, SiC нунтаг болорыг SiC талстыг ургуулах түүхий эд болгон, сүвэрхэг бал чулууг тусгаарлахад ашигладаг. өсөн нэмэгдэж буй түүхий эдийн төвөөс хөндий талбай. Өсөн нэмэгдэж буй үед бал чулуун тигелийг Ar эсвэл H2-ийн агаар мандалд 2500℃ хүртэл халааж, захын SiC нунтаг нь сублимжиж Si ба C уурын фазын бодисуудад задардаг ба SiC болор нь хийн дараа дунд хөндийн бүсэд ургадаг. урсгал нь сүвэрхэг бал чулуугаар дамждаг.

Гуравдугаарт, SiC болор өсөлтийн технологи

SiC-ийн нэг талст өсөлт нь өөрийн онцлогоос шалтгаалан хэцүү байдаг. Энэ нь гол төлөв атмосферийн даралтад Si: C = 1:1 стехиометрийн харьцаатай шингэн фаз байхгүй бөгөөд хагас дамжуулагчийн одоогийн үндсэн өсөлтийн процесст ашигладаг илүү боловсронгуй өсөлтийн аргуудаар ургуулж чадахгүй байгаатай холбоотой юм. аж үйлдвэр - cZ арга, унах тигелийн арга болон бусад аргууд. Онолын тооцоогоор даралт нь 10E5атм-аас их, температур 3200℃-аас их байх үед л Si: C = 1:1 уусмалын стехиометрийн харьцааг олж авах боломжтой. Энэ асуудлыг даван туулахын тулд эрдэмтэд өндөр талст чанартай, том хэмжээтэй, хямд SiC талстыг олж авах янз бүрийн аргыг санал болгохоор тасралтгүй хүчин чармайлт гаргасан. Одоогийн байдлаар үндсэн аргууд нь PVT арга, шингэн фазын арга, өндөр температурт уурын химийн хуримтлуулах арга юм.