Siliciumcarbid, bedre kendt som carborundum, er en ekstremt h\u00e5rd kemisk forbindelse med egenskaber som b\u00e5de metal og isolator ved forskellige temperaturer. Anvendes i industrielle applikationer, der kr\u00e6ver lang levetid.<\/p>\n
Gr\u00f8nt SiC er et ekstremt h\u00e5rdt og korrosionsbestandigt keramisk materiale, der f\u00f8rst blev syntetiseret af Edward Acheson i 1891 ved kombineret opvarmning af kvartssand og petroleumskoks i en s\u00e6rlig ovn. Det har fremragende egenskaber, herunder god korrosionsbestandighed, h\u00f8j mekanisk styrke, lav varmeudvidelse og bem\u00e6rkelsesv\u00e6rdig modstandsdygtighed over for termisk chok.<\/p>\n
Siliciumcarbid (SiC) er et enest\u00e5ende materiale, der er kendetegnet ved overlegen styrke og h\u00e5rdhed, kemisk inerti, modstandsdygtighed over for termisk chok og egenskaber med bredt b\u00e5ndgab, der g\u00f8r det velegnet til mange kr\u00e6vende industrielle anvendelser som glidelejer, sliddele, digler, sintringshj\u00e6lpemidler, halvlederkomponenter samt br\u00e6nderdyser.<\/p>\n
SiC fungerer som en isolator, n\u00e5r det produceres rent; men med kontrolleret tils\u00e6tning af urenheder eller dopingstoffer kan det udvise halvledende egenskaber. Aluminium-, bor- eller gallium-dopingstoffer producerer halvledere af P-typen; tils\u00e6tning af fosfor- eller nitrogen-dopingstoffer skaber halvledere af N-typen. Deres evne til at \u00e6ndre elektron- og hulkoncentrationen - forskellen mellem deres antal i ledningsb\u00e5ndet og valensb\u00e5ndet - h\u00e6nger direkte sammen med ledningsevnen.<\/p>\n
En halvleders iboende ledningsevne bestemmes af flere faktorer, herunder dens Fermi-energi, h\u00f8jden af dens valens- og ledningsb\u00e5nd, elektronernes mobilitet i ledningsb\u00e5ndet og ladningen pr. elektron. N\u00e5r flere atomer i valensb\u00e5ndet er bundet til deres overordnede atomare orbitaler, har de lavere Fermi-energier, som g\u00f8r det mindre sandsynligt, at de bliver overf\u00f8rt til ledning via termiske vibrationer i SiC-gitteret (fononemission). Ved stuetemperatur er de iboende ladningsb\u00e6rere j\u00e6vnt fordelt over begge b\u00e5nd med lige mange elektroner og huller pr. b\u00e5nd - hvilket samlet set giver en bedre leder.<\/p>\n
Men n\u00e5r det opvarmes til h\u00f8je temperaturer, bliver dets valensb\u00e5nd delvist tomt, da siliciumatomer ikke l\u00e6ngere oplever tilstr\u00e6kkelige termiske vibrationer til at ophidse deres vibrationstilstande tilstr\u00e6kkeligt. Det resulterer i, at nogle af valenselektronerne krydser over i ledningsb\u00e5ndet og \u00f8ger ledningsevnen betydeligt.<\/p>\n
N\u00e5r temperaturen forts\u00e6tter med at stige, rekombinerer elektroner og huller, indtil et ligev\u00e6gtspunkt er n\u00e5et ved den karakteristiske temperatur for en halvleder. Ledningsevnen kan \u00f8ges yderligere ved hj\u00e6lp af elektriske str\u00f8mme eller elektromagnetisk str\u00e5ling for at stimulere dannelsen og rekombinationen af elektron-hul-par, s\u00e5 elektroniske enheder som dioder og transistorer kan fungere ved h\u00f8jere sp\u00e6ndinger og frekvenser uden at g\u00e5 p\u00e5 kompromis med p\u00e5lideligheden.<\/p>\n
Siliciumcarbid har en indviklet krystalstruktur med mange polytyper. En bestemt polytype kan identificeres ved antallet og placeringen af kulstofatomer i dens lag; hver stakningssekvens genererer unikke orienteringskombinationer p\u00e5 grund af energibetragtninger (laterale translationer og rotationer er begge mulige), hvilket f\u00f8rer til hundredvis af mulige konfigurationer pr. lag i en eksperimentel pr\u00f8ve af SiC.<\/p>\n
For bedre at forst\u00e5 SiC's ledningsevne er det n\u00f8dvendigt at overveje alle mulige retninger for ladningstransport. For at g\u00f8re det blev der udf\u00f8rt komplekse impedansm\u00e5linger p\u00e5 pr\u00f8ver, hvis korngr\u00e6nser (GB'er) var blevet identificeret via EBSD-analyse og indpasset i en model, der tog h\u00f8jde for b\u00e5de bulk- og GB-ledningsevne; resultaterne viser, at gB-ledningsevne er den dominerende kraft, der bestemmer de samlede elektriske transportegenskaber ved forh\u00f8jede temperaturer.<\/p>\n
gB-ledningsevne afh\u00e6nger i h\u00f8j grad af temperatur og kornst\u00f8rrelse, og k\u00f8leprocedure og urenheder ved korngr\u00e6nsen har ogs\u00e5 indflydelse. Figur 5a illustrerer dette forhold ved at sammenligne kornets ioniske ledningsevne, der er opn\u00e5et gennem dette arbejde, med litteraturv\u00e6rdier for smeltest\u00f8bt keramik; du kan se, at dens tilpasning til litteraturv\u00e6rdier for smeltest\u00f8bt keramik er meget t\u00e6t; eventuelle rapporterede afvigelser stammer sandsynligvis fra forskelle i pelletpr\u00f8veforberedelsesmetoden, der blev brugt til m\u00e5ling, un\u00f8jagtig impedanstilpasning eller forkerte beregninger af \u00e6kvivalente kredsl\u00f8b.<\/p>\n
Typisk falder gB-ledningsevnen med stigende temperatur og indhold af urenheder; denne effekt er meget mindre udtalt for rene materialer, der indeholder betydelige m\u00e6ngder af anden fase, end for dem, der indeholder betydelige m\u00e6ngder. N\u00e5r temperaturen stiger, falder elektronmobiliteten; de bliver mere tilb\u00f8jelige til at blive fanget i gB-strukturer, der hindres af strukturelle defekter - hvilket forklarer, hvorfor SiC-ledningsevnen i h\u00f8j renhed har tendens til at v\u00e6re lavere end kommercielt tilg\u00e6ngelige former; for at kompensere for dette kan der tilf\u00f8jes elektrisk ledende andenfasepartikler ved lav temperatur og til sidst reducere gB-ledningsevnen til niveauer, der opfylder praktiske anvendelsesbehov.<\/p>\n
Siliciumcarbid, almindeligvis kaldet SiC, refererer til en ekstremt forskelligartet gruppe af materialer, der sp\u00e6nder fra keramik fremstillet af urene SiC-krystallitter, der er bundet sammen ved hj\u00e6lp af forskellige bindemidler under h\u00f8j temperatur og tryk, til industrielle skiver fremstillet via kemisk dampaflejring eller vakuumv\u00e6kst af SiC-krystallitter. Hver type siliciumcarbid har forskellige fysiske egenskaber som f.eks. elektrisk ledningsevne, der g\u00f8r det mere udfordrende at forudsige dens ydeevne til specifikke anvendelser.<\/p>\n
Ledningsevne er en egenskab ved den atomare struktur, som bestemmes af materialets sammens\u00e6tning og kornst\u00f8rrelse. En siliciumcarbid-bikrystals ledningsevne kan p\u00e5virkes af korngr\u00e6nsernes sammens\u00e6tning og struktur samt dannelsesmetoden; for eksempel kan dens n-type ledningsevne afh\u00e6nge af ilturenheder ved gr\u00e6nsefladen til det oprindelige oxid - noget, der observeres ved hj\u00e6lp af scanning-elektronmikroskopi og scanning nonlinear dielectric microscopy (SNDM).<\/p>\n
I lighed med SiC kan man f\u00e5 halvledende SiC til at udvise p-type-egenskaber ved at dope det med aluminium, bor, gallium eller nitrogen - mens doping med nitrogen eller fosfor resulterer i n-type-egenskaber. \u00d8get doping \u00f8ger den elektriske ledningsevne, men der skal tages h\u00f8jde for det \u00f8gede overfladeareal, n\u00e5r man forudsiger materialernes samlede ledningsevne.<\/p>\n
En korngr\u00e6nses modstand bestemmes af dens atomare struktur, da udsving i det periodiske atompotentiale fra tilst\u00f8dende krystaller f\u00e5r elektroner til at sprede sig langs gr\u00e6nsen og mindske resistiviteten. Da atomer har en tendens til at gruppere sig t\u00e6ttere ved korngr\u00e6nser p\u00e5 grund af t\u00e6ttere afstand ved gr\u00e6nserne, har dens modstand en tendens til at v\u00e6re st\u00f8rre end indvendige modstande; denne n\u00e6rhed bidrager til, at der dannes oxidmolekyler, som reducerer ledningsevnen yderligere; men denne effekt kan minimeres ved at designe dem, s\u00e5 de er s\u00e5 glatte og t\u00e6tte som muligt.<\/p>\n
Siliciumcarbid (SiC) har fundet bred anvendelse i elektroniske apparater p\u00e5 grund af dets h\u00f8jere ledningsevne, elektronmobilitet og reducerede effekttab ved h\u00f8je temperaturer. P\u00e5 grund af denne egenskab kan enheder som Schottky-dioder og transistorer, der forst\u00e6rker, skifter eller konverterer elektriske signaler i elektroniske kredsl\u00f8b, konstrueres lettere end med andre materialer.<\/p>\n
SiC kan have en betydelig forringelse af ledningsevnen p\u00e5 grund af modstand ved korngr\u00e6nserne, som skyldes \u00e6ndringer i det periodiske atompotentiale i forhold til SiC-gitteret. Da elektroner krydser flere gr\u00e6nser i dette omr\u00e5de, kan \u00e6ndringer i potentialet fremkalde elektronspredning, der \u00f8ger modstanden betydeligt sammenlignet med den, der findes i bulkmaterialet.<\/p>\n
Forskere har unders\u00f8gt virkningerne af kulstof p\u00e5 SiC-polykrystallers og bikrystallers ledningsevne for at forst\u00e5 dette f\u00e6nomen. Som en del af deres eksperiment unders\u00f8gte de en poleret bikrystal, der indeholdt 5 v\u00e6gtprocent kulstofadditiv, ved hj\u00e6lp af scanningsprobemikroskopi-nanoindentation-diffraktionsm\u00e5ling for at analysere overfladeenergim\u00e5linger af b\u00e5de denne pr\u00f8ve og en p-type enkeltkrystal fra SiC. De udf\u00f8rte ogs\u00e5 EBSD-opl\u00f8st kornkortl\u00e6gning, topografiske b\u00e6rertype-billeder samt topografiske b\u00e6rertype\/koncentrationsbilleder p\u00e5 hver af dem for at skabe yderligere klarhed.<\/p>\n
Topografisk s\u00e5 overfladen p\u00e5 en bikrystal flad ud; men billeder af b\u00e6rertype og koncentration afsl\u00f8rede et m\u00f8rkt omr\u00e5de n\u00e6r korngr\u00e6nsen for\u00e5rsaget af b\u00e6rernedbrydningslag for\u00e5rsaget af Sc-substitution p\u00e5 Si-steder i gitteret med SiC-tils\u00e6tningssammens\u00e6tning under sintring.<\/p>\n
EBSD-analyse bekr\u00e6ftede eksistensen af et udt\u00f8mningslag og viste, at dets sammens\u00e6tning omfattede SiAlON- og b-Si3N4-partikler i dets korngr\u00e6nser (GB'er). Desuden afspejlede deres s-v\u00e6rdier dem, der blev fundet for bulk-SiC. Desuden indikerer lave s-v\u00e6rdier, at det meste af ledningsevnen kommer fra fononspredning snarere end frie elektroner; hvilket passer godt med temperaturafh\u00e6ngigheden af varmeledningsevnen for b\u00e5de uber\u00f8rte kroppe og C-SiC-kroppe.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Siliciumcarbid, bedre kendt som Carborundum, er en ekstremt h\u00e5rd kemisk forbindelse med egenskaber som b\u00e5de metal og isolator ved forskellige temperaturer. Anvendes i industrielle applikationer, der kr\u00e6ver lang levetid. Gr\u00f8nt SiC er et ekstremt h\u00e5rdt og korrosionsbestandigt keramisk materiale, der f\u00f8rst blev syntetiseret af Edward Acheson i 1891 gennem kombineret opvarmning af ...<\/p>\n