Struktura a technologie růstu karbidu křemíku (Ⅰ)

Nejprve struktura a vlastnosti krystalu SiC.

SiC je binární sloučenina tvořená prvkem Si a prvkem C v poměru 1:1, tedy 50 % křemíku (Si) a 50 % uhlíku (C), a jeho základní strukturní jednotkou je čtyřstěn SI-C.

Schematický diagram struktury čtyřstěnu karbidu křemíku

 Například atomy Si mají velký průměr, ekvivalent jablka, a atomy C malý průměr, ekvivalent pomeranče, a stejný počet pomerančů a jablek je nahromaděn, aby vytvořily krystal SiC.

SiC je binární sloučenina, ve které je vzdálenost atomů vazby Si-Si 3,89 A, jak tuto vzdálenost chápat? V současnosti má nejdokonalejší litografický stroj na trhu přesnost litografie 3nm, což je vzdálenost 30A, a přesnost litografie je 8krát větší než atomová vzdálenost.

Energie vazby Si-Si je 310 kJ/mol, takže můžete pochopit, že energie vazby je síla, která odtahuje tyto dva atomy od sebe, a čím větší je energie vazby, tím větší sílu musíte roztáhnout.

 Například atomy Si mají velký průměr, ekvivalent jablka, a atomy C malý průměr, ekvivalent pomeranče, a stejný počet pomerančů a jablek je nahromaděn, aby vytvořily krystal SiC.

SiC je binární sloučenina, ve které je vzdálenost atomů vazby Si-Si 3,89 A, jak tuto vzdálenost chápat? V současnosti má nejdokonalejší litografický stroj na trhu přesnost litografie 3nm, což je vzdálenost 30A, a přesnost litografie je 8krát větší než atomová vzdálenost.

Energie vazby Si-Si je 310 kJ/mol, takže můžete pochopit, že energie vazby je síla, která odtahuje tyto dva atomy od sebe, a čím větší je energie vazby, tím větší sílu musíte roztáhnout.

Schematický diagram struktury čtyřstěnu karbidu křemíku

 Například atomy Si mají velký průměr, ekvivalent jablka, a atomy C malý průměr, ekvivalent pomeranče, a stejný počet pomerančů a jablek je nahromaděn, aby vytvořily krystal SiC.

SiC je binární sloučenina, ve které je vzdálenost atomů vazby Si-Si 3,89 A, jak tuto vzdálenost chápat? V současnosti má nejdokonalejší litografický stroj na trhu přesnost litografie 3nm, což je vzdálenost 30A, a přesnost litografie je 8krát větší než atomová vzdálenost.

Energie vazby Si-Si je 310 kJ/mol, takže můžete pochopit, že energie vazby je síla, která odtahuje tyto dva atomy od sebe, a čím větší je energie vazby, tím větší sílu musíte roztáhnout.

 Například atomy Si mají velký průměr, ekvivalent jablka, a atomy C malý průměr, ekvivalent pomeranče, a stejný počet pomerančů a jablek je nahromaděn, aby vytvořily krystal SiC.

SiC je binární sloučenina, ve které je vzdálenost atomů vazby Si-Si 3,89 A, jak tuto vzdálenost chápat? V současnosti má nejdokonalejší litografický stroj na trhu přesnost litografie 3nm, což je vzdálenost 30A, a přesnost litografie je 8krát větší než atomová vzdálenost.

Energie vazby Si-Si je 310 kJ/mol, takže můžete pochopit, že energie vazby je síla, která odtahuje tyto dva atomy od sebe, a čím větší je energie vazby, tím větší sílu musíte roztáhnout.

Víme, že každá látka se skládá z atomů a struktura krystalu je pravidelné uspořádání atomů, které se nazývá řád s dlouhým dosahem, jako je následující. Nejmenší krystalová jednotka se nazývá buňka, pokud je buňka krychlová struktura, nazývá se těsně sbalená krychle a buňka je šestiúhelníková struktura, nazývá se těsně sbalená šestiúhelníková.

Mezi běžné typy krystalů SiC patří 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC atd. Jejich pořadí vrstvení ve směru osy c je znázorněno na obrázku.

 

Mezi nimi je základní stohovací sekvence 4H-SiC ABCB...; Základní sekvence stohování 6H-SiC je ABCACB... ; Základní sekvence stohování 15R-SiC je ABCACBCABACABCB... .

 

To lze považovat za cihlu pro stavbu domu, některé cihly domu mají tři způsoby umístění, některé čtyři způsoby umístění, některé šest způsobů.
Základní parametry článků těchto běžných typů krystalů SiC jsou uvedeny v tabulce:

Co znamenají a, b, c a úhly? Struktura nejmenší základní buňky v SiC polovodiči je popsána takto:

V případě stejné buňky bude krystalová struktura také odlišná, je to jako bychom koupili loterii, výherní číslo je 1, 2, 3, koupili jste 1, 2, 3 tři čísla, ale pokud je číslo seřazeno jinak je výherní částka různá, takže počet a pořadí stejného krystalu lze nazvat stejným krystalem.
Následující obrázek ukazuje dva typické režimy vrstvení, rozdíl je pouze v režimu vrstvení horních atomů, krystalová struktura je odlišná.

Krystalová struktura tvořená SiC silně souvisí s teplotou. Působením vysoké teploty 1900~2000 ℃ se 3C-SiC pomalu přemění na hexagonální polyformu SiC, jako je 6H-SiC, protože má špatnou strukturální stabilitu. Právě kvůli silné korelaci mezi pravděpodobností tvorby polymorfů SiC a teplotou a nestabilitou samotného 3C-SiC je obtížné zlepšit rychlost růstu 3C-SiC a příprava je obtížná. Šestiúhelníkový systém 4H-SiC a 6H-SiC jsou nejběžnější a snadněji se připravují a jsou široce studovány díky svým vlastním vlastnostem.

 Délka vazby SI-C vazby v krystalu SiC je pouze 1,89A, ale vazebná energie je až 4,53eV. Mezera energetické hladiny mezi vazebným stavem a antivazebným stavem je proto velmi velká a může se vytvořit široká mezera v pásmu, která je několikrát větší než u Si a GaAs. Vyšší šířka zakázaného pásu znamená, že vysokoteplotní krystalová struktura je stabilní. Přidružená výkonová elektronika může realizovat charakteristiky stabilního provozu při vysokých teplotách a zjednodušenou strukturu odvodu tepla.

Pevná vazba Si-C vazby způsobuje, že mřížka má vysokou vibrační frekvenci, to znamená vysokoenergetický fonon, což znamená, že krystal SiC má vysokou pohyblivost nasycených elektronů a tepelnou vodivost a související výkonová elektronická zařízení mají vyšší rychlost spínání a spolehlivost, což snižuje riziko poruchy přehřátí zařízení. Kromě toho vyšší intenzita průrazného pole SiC umožňuje dosáhnout vyšších koncentrací dopingu a má nižší odpor proti přepětí.

 Za druhé, historie vývoje krystalů SiC

 V roce 1905 objevil Dr. Henri Moissan v kráteru přírodní krystal SiC, který se podobal diamantu a pojmenoval jej diamant Mosan.

 Ve skutečnosti již v roce 1885 Acheson získal SiC smícháním koksu s oxidem křemičitým a jeho ohřevem v elektrické peci. V té době si ho lidé pletli se směsí diamantů a říkali mu smirkový.

 V roce 1892 Acheson zlepšil proces syntézy, smíchal křemenný písek, koks, malé množství dřevěných štěpků a NaCl a zahřál to v elektrické obloukové peci na 2700 ℃ a úspěšně získal šupinaté krystaly SiC. Tato metoda syntézy krystalů SiC je známá jako Achesonova metoda a je stále hlavní metodou výroby brusiv SiC v průmyslu. Vzhledem k nízké čistotě syntetických surovin a hrubému procesu syntézy produkuje Achesonova metoda více nečistot SiC, špatnou integritu krystalů a malý průměr krystalů, což je obtížné splnit požadavky polovodičového průmyslu na velké rozměry, vysokou čistotu a vysokou čistotu. -kvalitní krystaly a nelze je použít k výrobě elektronických zařízení.

 Lely z Philips Laboratory navrhla v roce 1955 novou metodu pro pěstování monokrystalů SiC. Při této metodě se jako růstová nádoba používá grafitový kelímek, práškový krystal SiC se používá jako surovina pro pěstování krystalu SiC a porézní grafit se používá k izolaci. dutá oblast od středu rostoucí suroviny. Při růstu se grafitový kelímek zahřeje na 2500 ℃ pod atmosférou Ar nebo H2 a periferní SiC prášek se sublimuje a rozloží na látky v parní fázi Si a C a krystal SiC roste ve střední duté oblasti po plynu. proudění se přenáší přes porézní grafit.

Za třetí, technologie růstu krystalů SiC

Růst monokrystalů SiC je obtížný kvůli jeho vlastním vlastnostem. To je způsobeno především skutečností, že neexistuje žádná kapalná fáze se stechiometrickým poměrem Si: C = 1:1 při atmosférickém tlaku a nelze ji pěstovat vyspělejšími růstovými metodami používanými v současném hlavním proudu procesu růstu polovodiče. průmysl - metoda cZ, metoda padajícího kelímku a další metody. Podle teoretického výpočtu, pouze když je tlak vyšší než 10E5atm a teplota je vyšší než 3200℃, lze získat stechiometrický poměr roztoku Si:C = 1:1. Aby se tento problém překonal, vědci se neustále snažili navrhnout různé metody k získání krystalů SiC vysoké kvality, velkých rozměrů a levných krystalů. V současnosti jsou hlavními metodami metoda PVT, metoda v kapalné fázi a metoda chemické depozice při vysoké teplotě.