Silīcija karbīda struktūra un augšanas tehnoloģija (Ⅰ)

Pirmkārt, SiC kristāla struktūra un īpašības.

SiC ir binārs savienojums, ko veido Si elements un C elements attiecībā 1:1, tas ir, 50% silīcija (Si) un 50% oglekļa (C), un tā pamatstruktūrvienība ir SI-C tetraedrs.

Silīcija karbīda tetraedra struktūras shematiskā diagramma

 Piemēram, Si atomi ir liela diametra, līdzvērtīgi ābolam, un C atomiem ir mazs diametrs, kas atbilst apelsīnam, un vienāds skaits apelsīnu un ābolu ir sakrauti kopā, veidojot SiC kristālu.

SiC ir binārs savienojums, kurā Si-Si saites atomu atstatums ir 3,89 A, kā saprast šo atstarpi?Pašlaik izcilākās litogrāfijas iekārtas tirgū litogrāfijas precizitāte ir 3 nm, kas ir 30 A attālums, un litogrāfijas precizitāte ir 8 reizes lielāka par atomu attālumu.

Si-Si saites enerģija ir 310 kJ/mol, tāpēc jūs varat saprast, ka saites enerģija ir spēks, kas atdala šos divus atomus, un jo lielāka ir saites enerģija, jo lielāks spēks, kas jums ir nepieciešams, lai atdalītu.

 Piemēram, Si atomi ir liela diametra, līdzvērtīgi ābolam, un C atomiem ir mazs diametrs, kas atbilst apelsīnam, un vienāds skaits apelsīnu un ābolu ir sakrauti kopā, veidojot SiC kristālu.

SiC ir binārs savienojums, kurā Si-Si saites atomu atstatums ir 3,89 A, kā saprast šo atstarpi?Pašlaik izcilākās litogrāfijas iekārtas tirgū litogrāfijas precizitāte ir 3 nm, kas ir 30 A attālums, un litogrāfijas precizitāte ir 8 reizes lielāka par atomu attālumu.

Si-Si saites enerģija ir 310 kJ/mol, tāpēc jūs varat saprast, ka saites enerģija ir spēks, kas atdala šos divus atomus, un jo lielāka ir saites enerģija, jo lielāks spēks, kas jums ir nepieciešams, lai atdalītu.

Silīcija karbīda tetraedra struktūras shematiskā diagramma

 Piemēram, Si atomi ir liela diametra, līdzvērtīgi ābolam, un C atomiem ir mazs diametrs, kas atbilst apelsīnam, un vienāds skaits apelsīnu un ābolu ir sakrauti kopā, veidojot SiC kristālu.

SiC ir binārs savienojums, kurā Si-Si saites atomu atstatums ir 3,89 A, kā saprast šo atstarpi?Pašlaik izcilākās litogrāfijas iekārtas tirgū litogrāfijas precizitāte ir 3 nm, kas ir 30 A attālums, un litogrāfijas precizitāte ir 8 reizes lielāka par atomu attālumu.

Si-Si saites enerģija ir 310 kJ/mol, tāpēc jūs varat saprast, ka saites enerģija ir spēks, kas atdala šos divus atomus, un jo lielāka ir saites enerģija, jo lielāks spēks, kas jums ir nepieciešams, lai atdalītu.

 Piemēram, Si atomi ir liela diametra, līdzvērtīgi ābolam, un C atomiem ir mazs diametrs, kas atbilst apelsīnam, un vienāds skaits apelsīnu un ābolu ir sakrauti kopā, veidojot SiC kristālu.

SiC ir binārs savienojums, kurā Si-Si saites atomu atstatums ir 3,89 A, kā saprast šo atstarpi?Pašlaik izcilākās litogrāfijas iekārtas tirgū litogrāfijas precizitāte ir 3 nm, kas ir 30 A attālums, un litogrāfijas precizitāte ir 8 reizes lielāka par atomu attālumu.

Si-Si saites enerģija ir 310 kJ/mol, tāpēc jūs varat saprast, ka saites enerģija ir spēks, kas atdala šos divus atomus, un jo lielāka ir saites enerģija, jo lielāks spēks, kas jums ir nepieciešams, lai atdalītu.

Mēs zinām, ka katra viela sastāv no atomiem, un kristāla struktūra ir regulārs atomu izvietojums, ko sauc par liela attāluma secību, piemēram, tālāk.Mazāko kristāla vienību sauc par šūnu, ja šūna ir kubiska struktūra, to sauc par cieši iesaiņotu kubisku struktūru, un šūna ir sešstūra struktūra, to sauc par cieši iesaiņotu sešstūri.

Parastie SiC kristālu veidi ir 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC utt. To sakraušanas secība c ass virzienā ir parādīta attēlā.

 

Starp tiem 4H-SiC pamatsekvence ir ABCB... ;6H-SiC pamata sakraušanas secība ir ABCACB... ;15R-SiC pamata sakraušanas secība ir ABCACBCABACABCB... .

 

Šo var uzskatīt par ķieģeli mājas celtniecībai, dažiem mājas ķieģeļiem ir trīs izvietošanas veidi, dažiem ir četri to novietošanas veidi, dažiem ir seši veidi.
Šo izplatīto SiC kristālu tipu elementu pamatparametri ir parādīti tabulā:

Ko nozīmē a, b, c un leņķi?SiC pusvadītāja mazākās vienības šūnas struktūra ir aprakstīta šādi:

Vienas un tās pašas šūnas gadījumā arī kristāla struktūra būs atšķirīga, tas ir tā, ka mēs pērkam loteriju, laimests ir 1, 2, 3, jūs nopirkāt 1, 2, 3 trīs skaitļus, bet ja numurs ir sakārtots citādi laimesta summa ir atšķirīga, tāpēc viena un tā paša kristāla numuru un secību var saukt par vienu un to pašu kristālu.
Nākamajā attēlā parādīti divi tipiski kraušanas režīmi, atšķiras tikai augšējo atomu sakraušanas režīms, atšķiras kristāla struktūra.

SiC veidotā kristāla struktūra ir cieši saistīta ar temperatūru.Augstas temperatūras (1900–2000 ℃) ietekmē 3C-SiC lēnām pārveidosies par sešstūrainu SiC poliformu, piemēram, 6H-SiC, jo tā struktūras stabilitāte ir slikta.Tieši tāpēc, ka pastāv cieša korelācija starp SiC polimorfu veidošanās iespējamību un temperatūru, kā arī paša 3C-SiC nestabilitāti, 3C-SiC augšanas ātrumu ir grūti uzlabot, un sagatavošana ir sarežģīta.4H-SiC un 6H-SiC sešstūra sistēma ir visizplatītākā un vieglāk sagatavojama, un to īpatnību dēļ tās tiek plaši pētītas.

 SI-C saites saites garums SiC kristālā ir tikai 1,89 A, bet saistīšanas enerģija ir pat 4,53 eV.Tāpēc enerģijas līmeņa starpība starp saistīšanas stāvokli un pretsavienojuma stāvokli ir ļoti liela, un var izveidoties plaša joslas sprauga, kas vairākas reizes pārsniedz Si un GaAs.Lielāks joslas spraugas platums nozīmē, ka augstas temperatūras kristāla struktūra ir stabila.Saistītā jaudas elektronika var realizēt stabilas darbības īpašības augstā temperatūrā un vienkāršotu siltuma izkliedes struktūru.

Si-C saites ciešā saistība padara režģi ar augstu vibrācijas frekvenci, tas ir, augstas enerģijas fononu, kas nozīmē, ka SiC kristālam ir augsta piesātināto elektronu mobilitāte un siltumvadītspēja, un saistītajām jaudas elektroniskajām ierīcēm ir lielāks pārslēgšanas ātrums un uzticamība, kas samazina ierīces pārkaršanas atteices risku.Turklāt SiC lielāka sadalīšanās lauka intensitāte ļauj sasniegt augstāku dopinga koncentrāciju un mazāku pretestību.

 Otrkārt, SiC kristālu attīstības vēsture

 1905. gadā doktors Anrī Moisans krāterī atklāja dabisku SiC kristālu, kas, pēc viņa domām, atgādināja dimantu un nosauca to par Mosana dimantu.

 Faktiski jau 1885. gadā Eisons ieguva SiC, sajaucot koksu ar silīcija dioksīdu un karsējot to elektriskā krāsnī.Tolaik cilvēki to sajauca ar dimantu maisījumu un sauca par smilšpapīru.

 1892. gadā Eisons uzlaboja sintēzes procesu, viņš sajauca kvarca smiltis, koksu, nelielu daudzumu šķeldas un NaCl un uzkarsēja elektriskā loka krāsnī līdz 2700℃, un veiksmīgi ieguva zvīņveida SiC kristālus.Šī SiC kristālu sintezēšanas metode ir pazīstama kā Acheson metode, un tā joprojām ir galvenā SiC abrazīvu ražošanas metode rūpniecībā.Sintētisko izejvielu zemās tīrības un aptuvenās sintēzes procesa dēļ Acheson metode rada vairāk SiC piemaisījumu, vāju kristāla integritāti un mazu kristāla diametru, kas ir grūti izpildīt pusvadītāju nozares prasības attiecībā uz lielizmēra, augstas tīrības un augstas kvalitātes prasībām. -kvalitatīvi kristāli, un tos nevar izmantot elektronisko ierīču ražošanā.

 Lely of Philips Laboratory 1955. gadā ierosināja jaunu metodi SiC monokristālu audzēšanai. Šajā metodē kā augšanas trauks tiek izmantots grafīta tīģelis, kā izejmateriāls SiC kristālu audzēšanai tiek izmantots SiC pulvera kristāls, bet izolēšanai tiek izmantots porains grafīts. doba vieta no augošās izejvielas centra.Audzējot, grafīta tīģelis tiek uzkarsēts līdz 2500 ℃ zem Ar vai H2 atmosfēras, un perifērais SiC pulveris tiek sublimēts un sadalīts Si un C tvaika fāzes vielās, un SiC kristāls tiek audzēts vidējā dobumā pēc gāzes. plūsma tiek pārraidīta caur porainu grafītu.

Treškārt, SiC kristālu augšanas tehnoloģija

SiC monokristālu augšana ir sarežģīta tā īpašību dēļ.Tas galvenokārt ir saistīts ar faktu, ka atmosfēras spiedienā nav šķidras fāzes ar stehiometrisko attiecību Si: C = 1:1, un to nevar audzēt ar nobriedušākām augšanas metodēm, ko izmanto pašreizējā pusvadītāju augšanas procesā. nozare - cZ metode, krītošā tīģeļa metode un citas metodes.Saskaņā ar teorētisko aprēķinu, tikai tad, ja spiediens ir lielāks par 10E5atm un temperatūra ir augstāka par 3200℃, var iegūt stehiometrisko attiecību Si:C = 1:1 šķīdums.Lai pārvarētu šo problēmu, zinātnieki ir pielikuši neatlaidīgas pūles, lai piedāvātu dažādas metodes augstas kristāla kvalitātes, liela izmēra un lētu SiC kristālu iegūšanai.Pašlaik galvenās metodes ir PVT metode, šķidrās fāzes metode un augstas temperatūras tvaiku ķīmiskās nogulsnēšanas metode.