El carburo de silicio, m\u00e1s com\u00fanmente conocido como carborundo, es un compuesto qu\u00edmico extremadamente duro con propiedades tanto de metal como de aislante a diferentes temperaturas. Se utiliza en aplicaciones industriales que requieren aplicaciones de larga duraci\u00f3n.<\/p>\n
El SiC verde es un material cer\u00e1mico extremadamente duro y resistente a la corrosi\u00f3n sintetizado por primera vez por Edward Acheson en 1891 mediante el calentamiento combinado de arena de s\u00edlice y coque de petr\u00f3leo en un horno especial. Presenta propiedades excepcionales, como buena resistencia a la corrosi\u00f3n, alta resistencia mec\u00e1nica, baja expansi\u00f3n t\u00e9rmica y notable resistencia al choque t\u00e9rmico.<\/p>\n
El carburo de silicio (SiC) es un material excepcional caracterizado por una resistencia y dureza superiores, inercia qu\u00edmica, resistencia al choque t\u00e9rmico y propiedades de banda prohibida ancha que lo hacen adecuado para muchas aplicaciones industriales exigentes, como cojinetes de deslizamiento, piezas de desgaste, crisoles, componentes semiconductores de ayuda a la sinterizaci\u00f3n, as\u00ed como boquillas de quemadores.<\/p>\n
El SiC act\u00faa como un aislante cuando se produce puro; pero con la adici\u00f3n controlada de impurezas o dopantes puede presentar propiedades semiconductoras. Los dopantes de aluminio, boro o galio producen semiconductores de tipo P; la adici\u00f3n de dopantes de f\u00f3sforo o nitr\u00f3geno crea semiconductores de tipo N. Su capacidad para alterar la concentraci\u00f3n de electrones y huecos -la diferencia entre su n\u00famero en las bandas de conducci\u00f3n y valencia- est\u00e1 directamente relacionada con la conductividad.<\/p>\n
La conductividad intr\u00ednseca de un semiconductor viene determinada por varios factores, como su energ\u00eda de Fermi, la altura de sus bandas de valencia y conducci\u00f3n, la movilidad de los electrones en su banda de conducci\u00f3n y la carga por electr\u00f3n. Cuando m\u00e1s \u00e1tomos de la banda de valencia est\u00e1n ligados a sus orbitales at\u00f3micos de origen, tienen energ\u00edas de Fermi m\u00e1s bajas que les hacen menos propensos a ser promovidos a la conducci\u00f3n a trav\u00e9s de las vibraciones t\u00e9rmicas de la red de SiC (emisi\u00f3n de fonones). A temperatura ambiente, los portadores de carga intr\u00ednsecos se distribuyen uniformemente en ambas bandas, con el mismo n\u00famero de electrones y huecos por banda, lo que hace que el SiC sea un mejor conductor en general.<\/p>\n
Sin embargo, cuando se calienta a temperaturas elevadas, su banda de valencia se vac\u00eda parcialmente, ya que los \u00e1tomos de silicio ya no experimentan suficientes vibraciones t\u00e9rmicas para excitar suficientemente sus modos vibracionales. Esto hace que algunos de los electrones de valencia pasen a su banda de conducci\u00f3n y aumente significativamente la conductividad.<\/p>\n
A medida que aumenta la temperatura, los electrones y los huecos se recombinan hasta alcanzar un punto de equilibrio a la temperatura caracter\u00edstica de un semiconductor. La conductividad puede aumentarse a\u00fan m\u00e1s utilizando corrientes el\u00e9ctricas o radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica para estimular la generaci\u00f3n y recombinaci\u00f3n de pares electr\u00f3n-hueco, lo que permite a dispositivos electr\u00f3nicos como diodos y transistores funcionar a tensiones y frecuencias m\u00e1s altas sin comprometer la fiabilidad.<\/p>\n
El carburo de silicio posee una intrincada estructura cristalina con numerosos poliotipos. Cada secuencia de apilamiento genera combinaciones de orientaci\u00f3n \u00fanicas debido a consideraciones energ\u00e9ticas (tanto las traslaciones laterales como las rotaciones son posibles), lo que da lugar a cientos de configuraciones posibles por capa en una muestra experimental de SiC.<\/p>\n
Para comprender mejor la conductividad del SiC, es necesario considerar todas las direcciones posibles de transporte de carga. Para ello, se realizaron mediciones de impedancia compleja en muestras cuyos l\u00edmites de grano (GB) se hab\u00edan identificado mediante an\u00e1lisis EBSD y se ajustaron a un modelo que ten\u00eda en cuenta las conductividades tanto de la masa como de los GB; los resultados muestran que la conductividad gB es la fuerza dominante que determina las propiedades generales de transporte el\u00e9ctrico a temperaturas elevadas.<\/p>\n
La conductividad gB depende en gran medida de la temperatura y del tama\u00f1o del grano, influyendo tambi\u00e9n el procedimiento de enfriamiento y las impurezas presentes en el l\u00edmite del grano. La figura 5a ilustra esta relaci\u00f3n comparando la conductividad i\u00f3nica del grano obtenida mediante este trabajo con los valores de la bibliograf\u00eda para cer\u00e1micas fundidas; puede verse que su ajuste con los valores de la bibliograf\u00eda para cer\u00e1micas fundidas es muy cercano; cualquier variaci\u00f3n notificada probablemente se deba a diferencias en el m\u00e9todo de preparaci\u00f3n de la muestra de gr\u00e1nulos utilizado para la medici\u00f3n, a un ajuste inexacto de la impedancia o a c\u00e1lculos incorrectos de los circuitos equivalentes.<\/p>\n
Normalmente, la conductividad gB disminuye al aumentar la temperatura y el contenido de impurezas; este efecto es mucho menos pronunciado en los materiales puros que contienen cantidades significativas de segundas fases que en los que contienen cantidades importantes. A medida que aumenta la temperatura, disminuye la movilidad de los electrones; es m\u00e1s probable que queden atrapados en las estructuras de gB obstaculizadas por defectos estructurales, lo que explica por qu\u00e9 los niveles de conductividad del SiC de alta pureza tienden a ser inferiores a los de las formas disponibles en el mercado; para compensar esta situaci\u00f3n, pueden a\u00f1adirse part\u00edculas de segunda fase conductoras de la electricidad a baja temperatura y, con el tiempo, reducir la conductividad de gB a niveles que satisfagan las necesidades de las aplicaciones pr\u00e1cticas.<\/p>\n
El carburo de silicio, com\u00fanmente conocido como SiC, es un grupo muy diverso de materiales que van desde la cer\u00e1mica fabricada a partir de cristalitos de SiC impuros unidos entre s\u00ed mediante diversos aglutinantes a alta temperatura y presi\u00f3n hasta las obleas industriales producidas mediante deposici\u00f3n qu\u00edmica de vapor o crecimiento al vac\u00edo de cristalitos de SiC. Cada tipo de carburo de silicio presenta propiedades f\u00edsicas distintas, como la conductividad el\u00e9ctrica, que dificultan la predicci\u00f3n de su rendimiento en aplicaciones espec\u00edficas.<\/p>\n
La conductividad es una propiedad de la estructura at\u00f3mica, determinada por la composici\u00f3n y el tama\u00f1o de grano del material. La conductividad de un bicristal de carburo de silicio puede verse afectada por la composici\u00f3n y la estructura del l\u00edmite de grano, as\u00ed como por el m\u00e9todo de formaci\u00f3n; por ejemplo, su conductividad de tipo n puede depender de las impurezas de ox\u00edgeno en su interfaz con el \u00f3xido nativo, algo que se observa mediante microscop\u00eda electr\u00f3nica de barrido y microscop\u00eda diel\u00e9ctrica no lineal de barrido (SNDM).<\/p>\n
Al igual que el SiC, el SiC semiconductor puede presentar caracter\u00edsticas de tipo p mediante el dopaje con aluminio, boro, galio o nitr\u00f3geno, mientras que el dopaje con nitr\u00f3geno o f\u00f3sforo da lugar a caracter\u00edsticas de tipo n. El aumento del dopaje aumenta la conductividad el\u00e9ctrica, pero debe tenerse en cuenta el aumento de la superficie a la hora de hacer predicciones sobre la conductividad global de los materiales. Un mayor dopaje aumenta la conductividad el\u00e9ctrica, pero hay que tener en cuenta el aumento de la superficie a la hora de hacer predicciones sobre la conductividad global de los materiales.<\/p>\n
La resistencia de un l\u00edmite de grano viene determinada por su estructura at\u00f3mica, ya que las fluctuaciones en el potencial at\u00f3mico peri\u00f3dico de los cristales adyacentes hacen que los electrones se dispersen a lo largo de su l\u00edmite y disminuyan la resistividad. Como los \u00e1tomos tienden a agruparse m\u00e1s densamente en los l\u00edmites de los granos debido a su menor separaci\u00f3n, su resistencia tiende a ser mayor que las resistividades interiores; esta proximidad contribuye a que se formen mol\u00e9culas de \u00f3xido que reducen a\u00fan m\u00e1s la conductividad; pero este efecto puede minimizarse dise\u00f1\u00e1ndolos de forma que sean lo m\u00e1s lisos y densos posible.<\/p>\n
El carburo de silicio (SiC) se ha utilizado ampliamente en dispositivos electr\u00f3nicos por su mayor conductividad, movilidad de electrones y menor p\u00e9rdida de potencia a altas temperaturas. Gracias a esta propiedad, dispositivos como los diodos Schottky y los transistores que amplifican, conmutan o convierten se\u00f1ales el\u00e9ctricas en circuitos electr\u00f3nicos pueden construirse m\u00e1s f\u00e1cilmente que con otros materiales.<\/p>\n
El SiC puede sufrir una degradaci\u00f3n significativa de la conductividad debido a la resistencia de los l\u00edmites de grano, causada por los cambios en su potencial at\u00f3mico peri\u00f3dico en relaci\u00f3n con el de la red de SiC a granel. Como los electrones atraviesan m\u00faltiples l\u00edmites dentro de esta regi\u00f3n, los cambios en el potencial pueden inducir una dispersi\u00f3n de electrones que aumente significativamente la resistencia en comparaci\u00f3n con la que se encuentra dentro del material a granel.<\/p>\n
Los investigadores han estudiado los efectos del carbono en la conductividad de los policristales y bicristales de SiC para comprender este fen\u00f3meno. Como parte de su experimento, estudiaron un bicristal pulido que conten\u00eda un 5 por ciento en peso de aditivo de carbono, utilizando la microscop\u00eda de sonda de barrido-nanoindentaci\u00f3n-difracci\u00f3n para analizar las medidas de energ\u00eda superficial tanto de este esp\u00e9cimen como de un monocristal tipo p de SiC. Tambi\u00e9n realizaron un mapeo de grano resuelto por EBSD, im\u00e1genes topogr\u00e1ficas de tipo portador, as\u00ed como im\u00e1genes topogr\u00e1ficas de tipo portador\/concentraci\u00f3n en cada uno de ellos para mayor claridad.<\/p>\n
Topogr\u00e1ficamente, la superficie de un bicristal parec\u00eda plana; sin embargo, las im\u00e1genes de tipo y concentraci\u00f3n de portadores revelaron un \u00e1rea oscura cerca de su l\u00edmite de grano causada por capas de agotamiento de portadores provocadas por la sustituci\u00f3n de Sc en sitios de Si de su red de composici\u00f3n aditiva de SiC durante la sinterizaci\u00f3n.<\/p>\n
El an\u00e1lisis EBSD confirm\u00f3 la existencia de una capa de agotamiento y mostr\u00f3 que su composici\u00f3n inclu\u00eda part\u00edculas de SiAlON y b-Si3N4 en sus l\u00edmites de grano (GB). Adem\u00e1s, sus valores de s reflejaban los encontrados para el SiC a granel. Adem\u00e1s, los bajos valores de s indican que la mayor parte de la conductividad procede de la dispersi\u00f3n de fonones m\u00e1s que de electrones libres; lo que encaja bien con la dependencia de la temperatura de la conductividad t\u00e9rmica tanto para los cuerpos pr\u00edstinos como para los cuerpos de C-SiC.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
El carburo de silicio, m\u00e1s com\u00fanmente conocido como carborundo, es un compuesto qu\u00edmico extremadamente duro con propiedades tanto de metal como de aislante a diferentes temperaturas. Se utiliza en aplicaciones industriales que requieren una larga duraci\u00f3n. El SiC verde es un material cer\u00e1mico extremadamente duro y resistente a la corrosi\u00f3n sintetizado por primera vez por Edward Acheson en 1891 mediante el calentamiento combinado de ...<\/p>\n