Құрылымы әртүрлі SiC кристалдарының айырмашылығы

Кремний карбиді (SiC)кәдімгі материалдардың қасиеттерінен асып түсетін ерекше термиялық, физикалық және химиялық тұрақтылыққа ие материал. Оның жылу өткізгіштігі ғажайып 84 Вт/(м·К), ол тек мыстан ғана емес, кремнийден де үш есе жоғары. Бұл оның термиялық басқару қолданбаларында пайдаланудың орасан зор әлеуетін көрсетеді. SiC диапазоны кремнийден шамамен үш есе көп, ал оның ыдырау электр өрісінің кернеулігі кремнийден жоғары. Бұл SiC жоғары вольтты қолданбаларда жоғары сенімділік пен тиімділікті қамтамасыз ете алатынын білдіреді. Сонымен қатар, SiC әлі де 2000 ° C жоғары температурада жақсы электр өткізгіштігін сақтай алады, бұл графитпен салыстыруға болады. Бұл оны жоғары температуралы ортада тамаша жартылай өткізгіш материал етеді. SiC коррозияға төзімділігі де өте керемет. Оның бетінде пайда болған жұқа SiO2 қабаты одан әрі тотығуды тиімді болдырмайды, бұл бөлме температурасында белгілі коррозиялық агенттердің барлығына дерлік төзімді етеді. Бұл оның қатал ортада қолданылуын қамтамасыз етеді.

Кристалл құрылымы тұрғысынан SiC әртүрлілігі оның 200-ден астам әртүрлі кристалдық пішіндерінде көрінеді, бұл оның кристалдары ішінде атомдардың тығыз жиналуының әртүрлі тәсілдеріне жататын сипаттама. Көптеген кристалдық пішіндер болса да, бұл кристалды пішіндерді шамамен екі санатқа бөлуге болады: текше құрылымы бар β-SiC (мырыш қоспасының құрылымы) және алтыбұрышты құрылымы бар α-SiC (вуртцит құрылымы). Бұл құрылымдық әртүрлілік SiC физикалық және химиялық қасиеттерін байытып қана қоймайды, сонымен қатар зерттеушілерге SiC негізіндегі жартылай өткізгіш материалдарды жобалау және оңтайландыру кезінде көбірек таңдау және икемділік береді.

Көптеген SiC кристалдарының арасында ең көп таралғандары жатады3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC және 15R-SiC. Бұл кристалдық формалардың айырмашылығы негізінен олардың кристалдық құрылымында көрінеді. 3C-SiC, сонымен қатар текше кремний карбиді ретінде белгілі, текше құрылымның сипаттамаларын көрсетеді және SiC арасындағы ең қарапайым құрылым. Алты қырлы құрылымы бар SiC одан әрі әртүрлі атомдық орналасулары бойынша 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC және басқа түрлерге бөлінеді. Бұл классификациялар атомдардың кристалдың ішіне оралу жолын, сондай-ақ тордың симметриясын және күрделілігін көрсетеді.

Жолақ саңылауы жартылай өткізгіш материалдар жұмыс істей алатын температура диапазоны мен кернеу деңгейін анықтайтын негізгі параметр болып табылады. SiC бірнеше кристалдық формаларының ішінде 2H-SiC ең жоғары жолақ ені 3,33 эВ, бұл оның керемет тұрақтылығы мен экстремалды жағдайларда өнімділігін көрсетеді; 4H-SiC жақын, жолақ ені 3,26 эВ; 6H-SiC жолағы 3,02 эВ сәл төмен болса, 3C-SiC жолағы 2,39 эВ ең төменгі диапазонға ие, бұл оны төмен температуралар мен кернеулерде кеңінен қолдануға мүмкіндік береді.

Саңылаулардың тиімді массасы материалдардың саңылауларының қозғалғыштығына әсер ететін маңызды фактор болып табылады. 3C-SiC саңылауының тиімді массасы 1,1 м0, бұл салыстырмалы түрде төмен, бұл оның саңылауларының қозғалғыштығы жақсы екенін көрсетеді. 4H-SiC саңылауының тиімді массасы гексагональды құрылымның базалық жазықтығында 1,75м0 және негізгі жазықтыққа перпендикуляр болғанда 0,65м0, оның әртүрлі бағыттағы электрлік қасиеттерінің айырмашылығын көрсетеді. 6H-SiC саңылаудың тиімді массасы 4H-SiC массасына ұқсас, бірақ жалпы алғанда сәл төменірек, бұл оның тасымалдаушы қозғалғыштығына әсер етеді. Электронның тиімді массасы меншікті кристалдық құрылымға байланысты 0,25-0,7м0 аралығында өзгереді.

Тасымалдаушының қозғалғыштығы - электрондар мен саңылаулардың материал ішінде қаншалықты жылдам қозғалатынын көрсететін өлшем. 4H-SiC осыған байланысты жақсы жұмыс істейді. Оның саңылаулары мен электрондардың қозғалғыштығы 6H-SiC-тен айтарлықтай жоғары, бұл 4H-SiC қуатты электронды құрылғыларда өнімділікті жақсартады.

Кешенді орындау тұрғысынан, әрбір кристалды нысаныSiCөзінің ерекше артықшылықтары бар. 6H-SiC құрылымдық тұрақтылығы мен жақсы люминесценция қасиеттеріне байланысты оптоэлектрондық құрылғыларды өндіруге жарамды.3C-SiCжоғары қаныққан электронды дрейф жылдамдығына байланысты жоғары жиілікті және жоғары қуатты құрылғыларға жарамды. 4H-SiC жоғары электрондардың қозғалғыштығы, төмен қарсылық және жоғары ток тығыздығы арқасында қуатты электронды құрылғылар үшін тамаша таңдау болды. Шындығында, 4H-SiC ең жақсы өнімділік, коммерцияландырудың жоғары дәрежесі және ең жетілген технологиясы бар үшінші буындағы жартылай өткізгіш материал ғана емес, сонымен қатар ол жоғары қысымда, жоғары қысымда қуатты жартылай өткізгіш құрылғыларды өндіру үшін таңдаулы материал болып табылады. температура және радиацияға төзімді орталар.