समाचार - सिलिकॉन कार्बाइड की संरचना और विकास प्रौद्योगिकी

सबसे पहले, SiC क्रिस्टल की संरचना और गुण.

SiC एक द्विआधारी यौगिक है जो Si तत्व और C तत्व द्वारा 1:1 के अनुपात में बनता है, यानी 50% सिलिकॉन (Si) और 50% कार्बन (C), और इसकी मूल संरचनात्मक इकाई SI-C टेट्राहेड्रोन है।

सिलिकॉन कार्बाइड टेट्राहेड्रोन संरचना का योजनाबद्ध आरेख

उदाहरण के लिए, Si परमाणु व्यास में बड़े होते हैं, एक सेब के बराबर, और C परमाणु व्यास में छोटे होते हैं, एक संतरे के बराबर होते हैं, और SiC क्रिस्टल बनाने के लिए समान संख्या में संतरे और सेब को एक साथ ढेर किया जाता है।

SiC एक बाइनरी कंपाउंड है, जिसमें Si-Si बॉन्ड परमाणु अंतर 3.89 A है, इस अंतर को कैसे समझें?वर्तमान में, बाजार में सबसे उत्कृष्ट लिथोग्राफी मशीन में 3 एनएम की लिथोग्राफी सटीकता है, जो 30 ए की दूरी है, और लिथोग्राफी सटीकता परमाणु दूरी की 8 गुना है।

सी-सी बंधन ऊर्जा 310 केजे/मोल है, इसलिए आप समझ सकते हैं कि बंधन ऊर्जा वह बल है जो इन दो परमाणुओं को अलग खींचती है, और बंधन ऊर्जा जितनी अधिक होगी, आपको अलग करने के लिए उतना ही अधिक बल की आवश्यकता होगी।

सिलिकॉन कार्बाइड टेट्राहेड्रोन संरचना का योजनाबद्ध आरेख

हम जानते हैं कि प्रत्येक पदार्थ परमाणुओं से बना है, और क्रिस्टल की संरचना परमाणुओं की एक नियमित व्यवस्था है, जिसे निम्नलिखित की तरह लंबी दूरी का क्रम कहा जाता है।सबसे छोटी क्रिस्टल इकाई को सेल कहा जाता है, यदि सेल एक घन संरचना है, तो इसे क्लोज-पैक्ड क्यूबिक कहा जाता है, और सेल एक हेक्सागोनल संरचना है, इसे क्लोज-पैक्ड हेक्सागोनल कहा जाता है।

सामान्य SiC क्रिस्टल प्रकारों में 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC आदि शामिल हैं। c अक्ष दिशा में उनका स्टैकिंग क्रम चित्र में दिखाया गया है।

उनमें से, 4H-SiC का मूल स्टैकिंग अनुक्रम ABCB है...;6H-SiC का मूल स्टैकिंग क्रम ABCACB है...;15R-SiC का मूल स्टैकिंग अनुक्रम ABCACBCABACABCB... है।

इसे घर बनाने के लिए एक ईंट के रूप में देखा जा सकता है, कुछ घर की ईंटों को रखने के तीन तरीके होते हैं, कुछ में उन्हें रखने के चार तरीके होते हैं, कुछ में छह तरीके होते हैं।
इन सामान्य SiC क्रिस्टल प्रकारों के मूल सेल पैरामीटर तालिका में दिखाए गए हैं:

ए, बी, सी और कोण का क्या मतलब है?SiC सेमीकंडक्टर में सबसे छोटी इकाई सेल की संरचना इस प्रकार वर्णित है:

एक ही सेल के मामले में, क्रिस्टल संरचना भी अलग होगी, यह ऐसा है जैसे हम लॉटरी खरीदते हैं, जीतने वाली संख्या 1, 2, 3 है, आपने 1, 2, 3 तीन नंबर खरीदे हैं, लेकिन यदि संख्या को क्रमबद्ध किया जाता है अलग-अलग, जीतने वाली राशि अलग-अलग होती है, इसलिए एक ही क्रिस्टल की संख्या और क्रम को एक ही क्रिस्टल कहा जा सकता है।
निम्नलिखित आंकड़ा दो विशिष्ट स्टैकिंग मोड दिखाता है, केवल ऊपरी परमाणुओं के स्टैकिंग मोड में अंतर है, क्रिस्टल संरचना अलग है।

SiC द्वारा निर्मित क्रिस्टल संरचना का तापमान से गहरा संबंध है।1900 ~ 2000 ℃ के उच्च तापमान की कार्रवाई के तहत, 3C-SiC अपनी खराब संरचनात्मक स्थिरता के कारण धीरे-धीरे हेक्सागोनल SiC पॉलीफॉर्म जैसे 6H-SiC में बदल जाएगा।यह ठीक SiC बहुरूपता और तापमान के गठन की संभावना और 3C-SiC की अस्थिरता के बीच मजबूत सहसंबंध के कारण है, 3C-SiC की वृद्धि दर में सुधार करना मुश्किल है, और तैयारी मुश्किल है।4H-SiC और 6H-SiC की हेक्सागोनल प्रणाली सबसे आम और तैयार करने में आसान है, और उनकी अपनी विशेषताओं के कारण व्यापक रूप से अध्ययन किया जाता है।

SiC क्रिस्टल में SI-C बॉन्ड की बॉन्ड लंबाई केवल 1.89A है, लेकिन बाइंडिंग ऊर्जा 4.53eV तक है।इसलिए, बॉन्डिंग स्टेट और एंटी-बॉन्डिंग स्टेट के बीच ऊर्जा स्तर का अंतर बहुत बड़ा है, और एक विस्तृत बैंड गैप बन सकता है, जो Si और GaAs से कई गुना अधिक है।उच्च बैंड गैप चौड़ाई का मतलब है कि उच्च तापमान क्रिस्टल संरचना स्थिर है।संबंधित पावर इलेक्ट्रॉनिक्स उच्च तापमान पर स्थिर संचालन और सरलीकृत गर्मी लंपटता संरचना की विशेषताओं का एहसास कर सकते हैं।

सी-सी बंधन के तंग बंधन से जाली में उच्च कंपन आवृत्ति होती है, यानी एक उच्च ऊर्जा फोनन, जिसका अर्थ है कि सीआईसी क्रिस्टल में उच्च संतृप्त इलेक्ट्रॉन गतिशीलता और तापीय चालकता होती है, और संबंधित बिजली इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में एक उच्च ऊर्जा फोनन होता है। उच्च स्विचिंग गति और विश्वसनीयता, जो डिवाइस के अधिक तापमान के विफल होने के जोखिम को कम करती है।इसके अलावा, SiC की उच्च ब्रेकडाउन फ़ील्ड ताकत इसे उच्च डोपिंग सांद्रता प्राप्त करने और कम प्रतिरोध करने की अनुमति देती है।

दूसरा, SiC क्रिस्टल विकास का इतिहास

1905 में, डॉ. हेनरी मोइसन ने क्रेटर में एक प्राकृतिक SiC क्रिस्टल की खोज की, जो उन्हें हीरे जैसा लगा और उन्होंने इसे मोसन हीरा नाम दिया।

वास्तव में, 1885 की शुरुआत में, एचेसन ने कोक को सिलिका के साथ मिलाकर और इसे विद्युत भट्टी में गर्म करके SiC प्राप्त किया था।उस समय लोग इसे हीरों का मिश्रण समझ लेते थे और इसे एमरी कहते थे।

1892 में, एचेसन ने संश्लेषण प्रक्रिया में सुधार किया, उन्होंने क्वार्ट्ज रेत, कोक, थोड़ी मात्रा में लकड़ी के चिप्स और NaCl को मिलाया, और इसे इलेक्ट्रिक आर्क भट्टी में 2700℃ तक गर्म किया, और सफलतापूर्वक स्केली SiC क्रिस्टल प्राप्त किए।SiC क्रिस्टल को संश्लेषित करने की इस विधि को एचेसन विधि के रूप में जाना जाता है और यह अभी भी उद्योग में SiC अपघर्षक के उत्पादन की मुख्य विधि है।सिंथेटिक कच्चे माल की कम शुद्धता और किसी न किसी संश्लेषण प्रक्रिया के कारण, एचेसन विधि अधिक SiC अशुद्धियाँ, खराब क्रिस्टल अखंडता और छोटे क्रिस्टल व्यास का उत्पादन करती है, जो बड़े आकार, उच्च शुद्धता और उच्च के लिए अर्धचालक उद्योग की आवश्यकताओं को पूरा करना मुश्किल है। -गुणवत्ता वाले क्रिस्टल, और इनका उपयोग इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण में नहीं किया जा सकता।

फिलिप्स प्रयोगशाला के लेली ने 1955 में SiC एकल क्रिस्टल को विकसित करने के लिए एक नई विधि का प्रस्ताव रखा। इस विधि में, ग्रेफाइट क्रूसिबल का उपयोग विकास पोत के रूप में किया जाता है, SiC पाउडर क्रिस्टल को SiC क्रिस्टल को उगाने के लिए कच्चे माल के रूप में उपयोग किया जाता है, और छिद्रपूर्ण ग्रेफाइट को अलग करने के लिए उपयोग किया जाता है। बढ़ते कच्चे माल के केंद्र से एक खोखला क्षेत्र।बढ़ते समय, ग्रेफाइट क्रूसिबल को Ar या H2 के वातावरण के तहत 2500 ℃ तक गर्म किया जाता है, और परिधीय SiC पाउडर को Si और C वाष्प चरण पदार्थों में विघटित और विघटित किया जाता है, और SiC क्रिस्टल को गैस के बाद मध्य खोखले क्षेत्र में उगाया जाता है प्रवाह झरझरा ग्रेफाइट के माध्यम से प्रसारित होता है।

तीसरा, SiC क्रिस्टल विकास प्रौद्योगिकी

SiC की एकल क्रिस्टल वृद्धि अपनी विशेषताओं के कारण कठिन है।यह मुख्य रूप से इस तथ्य के कारण है कि वायुमंडलीय दबाव पर Si: C = 1:1 के स्टोइकोमेट्रिक अनुपात के साथ कोई तरल चरण नहीं होता है, और इसे सेमीकंडक्टर की वर्तमान मुख्यधारा विकास प्रक्रिया द्वारा उपयोग की जाने वाली अधिक परिपक्व विकास विधियों द्वारा नहीं उगाया जा सकता है। उद्योग - सीजेड विधि, गिरने वाली क्रूसिबल विधि और अन्य विधियां।सैद्धांतिक गणना के अनुसार, केवल जब दबाव 10E5atm से अधिक हो और तापमान 3200℃ से अधिक हो, तो Si: C = 1:1 समाधान का स्टोइकोमेट्रिक अनुपात प्राप्त किया जा सकता है।इस समस्या को दूर करने के लिए, वैज्ञानिकों ने उच्च क्रिस्टल गुणवत्ता, बड़े आकार और सस्ते SiC क्रिस्टल प्राप्त करने के लिए विभिन्न तरीकों का प्रस्ताव करने के लिए निरंतर प्रयास किए हैं।वर्तमान में, मुख्य विधियाँ पीवीटी विधि, तरल चरण विधि और उच्च तापमान वाष्प रासायनिक जमाव विधि हैं।

पोस्ट समय: जनवरी-24-2024

सिलिकॉन कार्बाइड की संरचना और विकास तकनीक (Ⅰ)