För det första strukturen och egenskaperna hos SiC-kristall.
SiC är en binär förening bildad av Si-element och C-element i förhållandet 1:1, det vill säga 50 % kisel (Si) och 50 % kol (C), och dess grundläggande strukturella enhet är SI-C-tetraeder.
Schematiskt diagram av kiselkarbidtetraederstruktur
Till exempel är Si-atomer stora i diameter, ekvivalent med ett äpple, och C-atomer är små i diameter, ekvivalenta med en apelsin, och lika många apelsiner och äpplen staplas ihop för att bilda en SiC-kristall.
SiC är en binär förening, där Si-Si-bindningens atomavstånd är 3,89 A, hur förstår man detta avstånd? För närvarande har den mest utmärkta litografimaskinen på marknaden en litografinoggrannhet på 3nm, vilket är ett avstånd på 30A, och litografinoggrannheten är 8 gånger den av atomavståndet.
Si-Si-bindningsenergin är 310 kJ/mol, så du kan förstå att bindningsenergin är kraften som drar isär dessa två atomer, och ju större bindningsenergin är, desto större kraft behöver du för att dra isär.
Till exempel är Si-atomer stora i diameter, ekvivalent med ett äpple, och C-atomer är små i diameter, ekvivalenta med en apelsin, och lika många apelsiner och äpplen staplas ihop för att bilda en SiC-kristall.
SiC är en binär förening, där Si-Si-bindningens atomavstånd är 3,89 A, hur förstår man detta avstånd? För närvarande har den mest utmärkta litografimaskinen på marknaden en litografinoggrannhet på 3nm, vilket är ett avstånd på 30A, och litografinoggrannheten är 8 gånger den av atomavståndet.
Si-Si-bindningsenergin är 310 kJ/mol, så du kan förstå att bindningsenergin är kraften som drar isär dessa två atomer, och ju större bindningsenergin är, desto större kraft behöver du för att dra isär.
Schematiskt diagram av kiselkarbidtetraederstruktur
Till exempel är Si-atomer stora i diameter, ekvivalent med ett äpple, och C-atomer är små i diameter, ekvivalenta med en apelsin, och lika många apelsiner och äpplen staplas ihop för att bilda en SiC-kristall.
SiC är en binär förening, där Si-Si-bindningens atomavstånd är 3,89 A, hur förstår man detta avstånd? För närvarande har den mest utmärkta litografimaskinen på marknaden en litografinoggrannhet på 3nm, vilket är ett avstånd på 30A, och litografinoggrannheten är 8 gånger den av atomavståndet.
Si-Si-bindningsenergin är 310 kJ/mol, så du kan förstå att bindningsenergin är kraften som drar isär dessa två atomer, och ju större bindningsenergin är, desto större kraft behöver du för att dra isär.
Till exempel är Si-atomer stora i diameter, ekvivalent med ett äpple, och C-atomer är små i diameter, ekvivalenta med en apelsin, och lika många apelsiner och äpplen staplas ihop för att bilda en SiC-kristall.
SiC är en binär förening, där Si-Si-bindningens atomavstånd är 3,89 A, hur förstår man detta avstånd? För närvarande har den mest utmärkta litografimaskinen på marknaden en litografinoggrannhet på 3nm, vilket är ett avstånd på 30A, och litografinoggrannheten är 8 gånger den av atomavståndet.
Si-Si-bindningsenergin är 310 kJ/mol, så du kan förstå att bindningsenergin är kraften som drar isär dessa två atomer, och ju större bindningsenergin är, desto större kraft behöver du för att dra isär.
Vi vet att varje ämne är uppbyggt av atomer, och strukturen hos en kristall är ett regelbundet arrangemang av atomer, vilket kallas en långvägsordning, som följande. Den minsta kristallenheten kallas en cell, om cellen är en kubisk struktur kallas den en tätpackad kubisk, och cellen är en hexagonal struktur, den kallas en tätpackad hexagonal.
Vanliga SiC-kristalltyper inkluderar 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC, etc. Deras staplingssekvens i c-axelns riktning visas i figuren.
Bland dem är den grundläggande staplingssekvensen för 4H-SiC ABCB... ; Den grundläggande staplingssekvensen för 6H-SiC är ABCACB... ; Den grundläggande staplingssekvensen för 15R-SiC är ABCACBCABACABCB... .
Detta kan ses som en tegelsten för att bygga ett hus, några av hustegelstenarna har tre sätt att placera dem på, vissa har fyra sätt att placera dem på, vissa har sex sätt.
De grundläggande cellparametrarna för dessa vanliga SiC-kristalltyper visas i tabellen:
Vad betyder a, b, c och vinklar? Strukturen för den minsta enhetscellen i en SiC-halvledare beskrivs enligt följande:
I fallet med samma cell kommer kristallstrukturen också att vara annorlunda, det är som att vi köper lotteriet, det vinnande numret är 1, 2, 3, du köpte 1, 2, 3 tre nummer, men om numret är sorterat På annat sätt är vinstbeloppet olika, så numret och ordningen på samma kristall kan kallas samma kristall.
Följande figur visar de två typiska staplingslägena, bara skillnaden i staplingsläget för de övre atomerna, kristallstrukturen är annorlunda.
Kristallstrukturen som bildas av SiC är starkt relaterad till temperaturen. Under inverkan av hög temperatur på 1900 ~ 2000 ℃ kommer 3C-SiC långsamt att omvandlas till hexagonal SiC-polyform såsom 6H-SiC på grund av dess dåliga strukturella stabilitet. Det är just på grund av den starka korrelationen mellan sannolikheten för bildning av SiC-polymorfer och temperatur, och instabiliteten hos 3C-SiC i sig, är tillväxthastigheten för 3C-SiC svår att förbättra, och förberedelsen är svår. Det hexagonala systemet av 4H-SiC och 6H-SiC är de vanligaste och lättare att förbereda och studeras brett på grund av sina egna egenskaper.
Bindningslängden för SI-C-bindning i SiC-kristall är endast 1,89A, men bindningsenergin är så hög som 4,53eV. Därför är energinivågapet mellan bindningstillståndet och antibindningstillståndet mycket stort, och ett brett bandgap kan bildas, vilket är flera gånger det för Si och GaAs. Den högre bandgapbredden betyder att högtemperaturkristallstrukturen är stabil. Den tillhörande kraftelektroniken kan realisera egenskaperna hos stabil drift vid höga temperaturer och förenklad värmeavledningsstruktur.
Den täta bindningen av Si-C-bindningen gör att gittret har en hög vibrationsfrekvens, det vill säga en högenergifonon, vilket betyder att SiC-kristallen har en hög mättad elektronrörlighet och värmeledningsförmåga, och de relaterade kraftelektroniska enheterna har en högre kopplingshastighet och tillförlitlighet, vilket minskar risken för övertemperaturfel. Dessutom tillåter den högre nedbrytningsfältstyrkan hos SiC det att uppnå högre dopningskoncentrationer och ha lägre på-motstånd.
För det andra, historien om SiC-kristallutveckling
1905 upptäckte Dr Henri Moissan en naturlig SiC-kristall i kratern, som han fann liknade en diamant och gav den namnet Mosan-diamanten.
Faktum är att så tidigt som 1885 fick Acheson SiC genom att blanda koks med kiseldioxid och värma upp den i en elektrisk ugn. På den tiden trodde folk att det var en blandning av diamanter och kallade det smärgel.
1892 förbättrade Acheson syntesprocessen, han blandade kvartssand, koks, en liten mängd träflis och NaCl och värmde upp det i en elektrisk ljusbågsugn till 2700 ℃, och fick framgångsrikt fjällande SiC-kristaller. Denna metod för att syntetisera SiC-kristaller är känd som Acheson-metoden och är fortfarande den vanliga metoden för att producera SiC-slipmedel i industrin. På grund av den låga renheten hos syntetiska råvaror och grov syntesprocess producerar Acheson-metoden fler SiC-föroreningar, dålig kristallintegritet och liten kristalldiameter, vilket är svårt att uppfylla kraven från halvledarindustrin för stor storlek, hög renhet och hög -kvalitetskristaller och kan inte användas för att tillverka elektroniska enheter.
Lely från Philips Laboratory föreslog en ny metod för att odla SiC-enkristaller 1955. I denna metod används grafitdegel som tillväxtkärl, SiC-pulverkristall används som råmaterial för odling av SiC-kristaller och porös grafit används för att isolera ett ihåligt område från mitten av den växande råvaran. Vid odling värms grafitdegeln upp till 2500 ℃ under atmosfären av Ar eller H2, och det perifera SiC-pulvret sublimeras och sönderdelas till Si- och C-ångfasämnen, och SiC-kristallen odlas i det mellersta ihåliga området efter gasen flödet överförs genom den porösa grafiten.
För det tredje, SiC kristalltillväxtteknologi
Enkristalltillväxten av SiC är svår på grund av dess egna egenskaper. Detta beror främst på det faktum att det inte finns någon vätskefas med ett stökiometriskt förhållande av Si: C = 1:1 vid atmosfärstryck, och det kan inte odlas med de mer mogna tillväxtmetoderna som används av den nuvarande vanliga tillväxtprocessen för halvledaren industri - cZ-metoden, fallande degelmetod och andra metoder. Enligt teoretisk beräkning, endast när trycket är större än 10E5atm och temperaturen är högre än 3200 ℃, kan det stökiometriska förhållandet av Si: C = 1:1 lösning erhållas. För att övervinna detta problem har forskare gjort oförtröttliga ansträngningar för att föreslå olika metoder för att erhålla hög kristallkvalitet, stor storlek och billiga SiC-kristaller. För närvarande är de viktigaste metoderna PVT-metoden, vätskefasmetoden och högtemperatursångkemisk depositionsmetod.
Posttid: 2024-jan-24