Müxtəlif strukturlara malik SiC kristalları arasındakı fərqlər

Silisium karbid (SiC)müstəsna istilik, fiziki və kimyəvi sabitliyə malik olan, adi materialların xassələrindən kənara çıxan xüsusiyyətlər nümayiş etdirən materialdır. Onun istilik keçiriciliyi heyrətamiz 84W/(m·K) təşkil edir ki, bu da təkcə misdən deyil, həm də silisiumdan üç dəfə yüksəkdir. Bu, onun istilik idarəetmə proqramlarında istifadə üçün böyük potensialını nümayiş etdirir. SiC-nin bant boşluğu silisiumdan təxminən üç dəfədir və onun parçalanma elektrik sahəsinin gücü silikondan daha böyük bir sıradır. Bu o deməkdir ki, SiC yüksək gərginlikli tətbiqlərdə daha yüksək etibarlılıq və səmərəlilik təmin edə bilər. Bundan əlavə, SiC hələ də qrafitlə müqayisə edilə bilən 2000 ° C yüksək temperaturda yaxşı elektrik keçiriciliyini saxlaya bilir. Bu onu yüksək temperaturlu mühitlərdə ideal yarımkeçirici material edir. SiC-nin korroziyaya davamlılığı da son dərəcə üstündür. Onun səthində əmələ gələn nazik SiO2 təbəqəsi daha çox oksidləşmənin qarşısını effektiv şəkildə alır və onu otaq temperaturunda demək olar ki, bütün məlum korroziyaya qarşı davamlı edir. Bu, onun sərt mühitlərdə tətbiqini təmin edir.

Kristal quruluş baxımından, SiC-nin müxtəlifliyi onun 200-dən çox fərqli kristal formasında əks olunur, bu xüsusiyyət atomların kristallarında sıx şəkildə yığılmasının müxtəlif yollarına aid edilir. Bir çox kristal formaları olmasına baxmayaraq, bu kristal formaları təxminən iki kateqoriyaya bölmək olar: kub quruluşlu β-SiC (sink qarışığı quruluşu) və altıbucaqlı quruluşlu α-SiC (vurtsit quruluşu). Bu struktur müxtəlifliyi SiC-nin fiziki və kimyəvi xassələrini zənginləşdirməklə yanaşı, SiC əsaslı yarımkeçirici materialların layihələndirilməsi və optimallaşdırılması zamanı tədqiqatçılara daha çox seçim və çeviklik təmin edir.

Bir çox SiC kristal formaları arasında ən çox yayılmışları daxildir3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC və 15R-SiC. Bu kristal formalar arasındakı fərq əsasən onların kristal quruluşunda əks olunur. Kub silisium karbid kimi də tanınan 3C-SiC, kub quruluşunun xüsusiyyətlərini nümayiş etdirir və SiC arasında ən sadə quruluşdur. Altıbucaqlı quruluşa malik SiC daha çox müxtəlif atom quruluşlarına görə 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC və digər növlərə bölünə bilər. Bu təsnifatlar atomların kristalın içərisinə yığılma tərzini, həmçinin qəfəsin simmetriyasını və mürəkkəbliyini əks etdirir.

Band boşluğu yarımkeçirici materialların işləyə biləcəyi temperatur diapazonunu və gərginlik səviyyəsini təyin edən əsas parametrdir. SiC-nin bir neçə kristal formaları arasında 2H-SiC 3,33 eV-lik ən yüksək bant genişliyinə malikdir, bu onun ekstremal şəraitdə əla sabitliyini və performansını göstərir; 4H-SiC 3,26 eV bant genişliyi ilə yaxından izləyir; 6H-SiC 3.02 eV bir qədər aşağı bant boşluğuna malikdir, 3C-SiC isə 2.39 eV olan ən aşağı bant boşluğuna malikdir və bu onu daha aşağı temperatur və gərginliklərdə daha geniş istifadə edir.

Deliklərin effektiv kütləsi materialların deşik hərəkətliliyinə təsir edən mühüm amildir. 3C-SiC-nin çuxur effektiv kütləsi 1,1 m0-dır ki, bu da nisbətən aşağıdır, bu onun deşik hərəkətliliyinin yaxşı olduğunu göstərir. 4H-SiC-nin çuxurunun effektiv kütləsi altıbucaqlı strukturun əsas müstəvisində 1,75 m0, əsas müstəvisinə perpendikulyar olduqda isə 0,65 m0 təşkil edir və müxtəlif istiqamətlərdə onun elektrik xassələrindəki fərqi göstərir. 6H-SiC-nin effektiv kütləsi 4H-SiC-nin kütləsinə bənzəyir, lakin ümumilikdə bir qədər aşağıdır, bu da onun daşıyıcısının hərəkətliliyinə təsir göstərir. Elektronun effektiv kütləsi xüsusi kristal quruluşundan asılı olaraq 0,25-0,7m0 diapazonunda dəyişir.

Daşıyıcının hərəkətliliyi elektronların və dəliklərin material daxilində nə qədər sürətlə hərəkət etdiyini göstərən bir ölçüdür. 4H-SiC bu baxımdan yaxşı çıxış edir. Onun çuxur və elektron hərəkətliliyi 6H-SiC-dən əhəmiyyətli dərəcədə yüksəkdir, bu da 4H-SiC-ni güc elektron cihazlarında daha yaxşı performans göstərir.

Hərtərəfli performans baxımından, hər bir kristal formasıSiCözünəməxsus üstünlüklərinə malikdir. 6H-SiC struktur sabitliyinə və yaxşı lüminesans xüsusiyyətlərinə görə optoelektronik cihazların istehsalı üçün uyğundur.3C-SiCyüksək doymuş elektron sürüşmə sürətinə görə yüksək tezlikli və yüksək güclü cihazlar üçün uyğundur. 4H-SiC yüksək elektron hərəkətliliyi, aşağı müqavimət və yüksək cərəyan sıxlığı səbəbindən güc elektron cihazları üçün ideal seçim olmuşdur. Əslində, 4H-SiC yalnız ən yaxşı performansa, ən yüksək kommersiya dərəcəsinə və ən yetkin texnologiyaya malik üçüncü nəsil yarımkeçirici material deyil, həm də yüksək təzyiqli, yüksək təzyiqli yarımkeçirici cihazların istehsalı üçün üstünlük verilən materialdır. temperatur və radiasiyaya davamlı mühitlər.