Le carbure de silicium est un semi-conducteur \u00e0 large bande interdite de qualit\u00e9 sup\u00e9rieure qui pr\u00e9sente des propri\u00e9t\u00e9s physiques et chimiques exceptionnelles, notamment des cristaux jaunes \u00e0 bleu verd\u00e2tre ou noir bleut\u00e9 avec iridescence.<\/p>\n
Des mesures de l'indice de r\u00e9fraction sur du SiC cubique \u00e9pitaxi\u00e9 ont \u00e9t\u00e9 soigneusement effectu\u00e9es \u00e0 l'aide d'une ellipsom\u00e9trie spectroscopique \u00e0 angle variable, montrant que les indices de r\u00e9fraction ordinaires et extraordinaires augmentent avec la temp\u00e9rature.<\/p>\n
L'indice de r\u00e9fraction est un nombre sans dimension qui d\u00e9crit la mani\u00e8re dont la lumi\u00e8re passe \u00e0 travers le mat\u00e9riau. Par exemple, l'indice de r\u00e9fraction du verre est de 1,5, celui du cristal de plomb de 1,77 et celui du diamant de 2,42. D'une mani\u00e8re g\u00e9n\u00e9rale, plus l'indice de r\u00e9fraction d'un mat\u00e9riau est \u00e9lev\u00e9, plus son aspect sera \u00e9tincelant.<\/p>\n
Le carbure de silicium poss\u00e8de un indice de r\u00e9fraction exceptionnel qui rivalise avec celui du saphir et du rubis, et qui est deux fois plus \u00e9lev\u00e9 que celui du quartz. Il s'agit donc d'un mat\u00e9riau adapt\u00e9 \u00e0 la fabrication de composants optiques de haute performance, tels que les guides d'ondes. Toutefois, son indice de r\u00e9fraction peut varier en fonction de la temp\u00e9rature de d\u00e9p\u00f4t ou du mat\u00e9riau du substrat sur lequel il est d\u00e9pos\u00e9. En outre, les impuret\u00e9s ou les d\u00e9fauts pr\u00e9sents dans son film peuvent influencer ses propri\u00e9t\u00e9s.<\/p>\n
Les films de SiC de haute qualit\u00e9 peuvent \u00eatre produits sur diff\u00e9rents substrats, notamment le silicium (Si), le carbure de tungst\u00e8ne (WC) et le dioxyde de titane (TiO2). Cependant, il est essentiel de comprendre comment chaque substrat affecte les propri\u00e9t\u00e9s optiques des films de SiC qui y sont produits.<\/p>\n
Les param\u00e8tres optiques des films minces de SiC d\u00e9pendent de leur \u00e9paisseur ; pour mesurer ces param\u00e8tres optiques avec pr\u00e9cision, les mesures issues d'une analyse ellipsom\u00e9trique doivent \u00eatre ajust\u00e9es \u00e0 des fonctions di\u00e9lectriques simples \u00e0 l'aide de formules d'ajustement aux donn\u00e9es de mesure de fonctions di\u00e9lectriques simples. Dans le cas du SiC, les mesures de l'indice de r\u00e9fraction et de la bir\u00e9fringence \u00e0 plusieurs longueurs d'onde fournissent des r\u00e9sultats plus pr\u00e9cis.<\/p>\n
Les informations recueillies peuvent ensuite \u00eatre utilis\u00e9es pour construire un mod\u00e8le des propri\u00e9t\u00e9s optiques des structures SiC sur SiC, les r\u00e9sultats \u00e9tant compar\u00e9s aux observations des spectres d'extinction astronomiques \u00e0 des fins de comparaison et de validation des th\u00e9ories ; d'autres travaux exp\u00e9rimentaux peuvent \u00e9galement s'av\u00e9rer n\u00e9cessaires pour affiner ces th\u00e9ories.<\/p>\n
La possibilit\u00e9 d'accorder l'indice de r\u00e9fraction des films de carbure de silicium fait partie int\u00e9grante du d\u00e9veloppement de dispositifs photoniques \u00e0 l'\u00e9chelle de la puce. Sa valeur d\u00e9pend du rapport entre la concentration de silicium et de carbone dans le film et peut varier en fonction des polymorphes alpha ou b\u00eata du carbure de silicium, voire en fonction de l'\u00e9paisseur.<\/p>\n
Le carbure de silicium est un mat\u00e9riau cubique \u00e0 haute transmission optique et \u00e0 faible dispersion, qui pr\u00e9sente d'excellentes propri\u00e9t\u00e9s de transmission optique et une capacit\u00e9 de pontage exceptionnelle, gr\u00e2ce \u00e0 l'\u00e9nergie de sa grande bande interdite. En raison de ses faibles niveaux de dispersion, le carbure de silicium constitue un choix de mat\u00e9riau int\u00e9ressant pour les applications n\u00e9cessitant une mod\u00e9lisation pr\u00e9cise des propri\u00e9t\u00e9s de rayonnement, telles que les \u00e9changeurs de chaleur en milieu poreux. En outre, son coefficient d'extinction permet d'effectuer des calculs utiles de la conductivit\u00e9 thermique radiative.<\/p>\n
Les propri\u00e9t\u00e9s optiques du carbure de silicium sont d\u00e9termin\u00e9es par sa structure cristalline et ses niveaux de dopage. Son indice de r\u00e9fraction normal est de 2,6584 pour le plan cristallin 111 et de 3,0823 pour le plan cristallin 100. Les indices varient en fonction de la longueur d'onde ; l'indice de r\u00e9fraction est donc proportionnel \u00e0 la fr\u00e9quence et contribue \u00e9galement au coefficient d'extinction d\u00e9pendant de la fr\u00e9quence.<\/p>\n
Le carbure de silicium se distingue des mat\u00e9riaux pour surfaces optiques par son excellente capacit\u00e9 de pontage, sa faible dilatation thermique et ses propri\u00e9t\u00e9s de rigidit\u00e9, ce qui en fait le mat\u00e9riau id\u00e9al pour les surfaces optiques telles que les miroirs de t\u00e9lescopes. Le carbure de silicium trouve \u00e9galement des applications dans les diodes \u00e9lectroluminescentes (DEL) et les d\u00e9tecteurs utilis\u00e9s dans les appareils \u00e9lectroniques.<\/p>\n
Le carbure de silicium se pr\u00e9sente sous diff\u00e9rentes formes, mais l'alpha est la vari\u00e9t\u00e9 la plus r\u00e9pandue. Il pr\u00e9sente une structure cristalline hexagonale similaire \u00e0 celle de la wurtzite et peut se former \u00e0 des temp\u00e9ratures sup\u00e9rieures \u00e0 1 700 degr\u00e9s Celsius. Un autre polymorphe, le b\u00eata, pr\u00e9sente une structure cristalline de zinc blende similaire \u00e0 celle du diamant et se forme \u00e0 des temp\u00e9ratures plus basses.<\/p>\n
Des spectres d'extinction de grains de carbure de silicium alpha ont \u00e9t\u00e9 mesur\u00e9s en laboratoire et correspondent \u00e9troitement aux observations astronomiques. Malheureusement, ces mesures ne peuvent \u00e0 elles seules fournir suffisamment d'informations pour permettre une interpr\u00e9tation pr\u00e9cise des profils de caract\u00e9ristiques de 11,5 mm sur les \u00e9toiles C, car les mod\u00e8les de transfert radiatif n\u00e9cessitent la connaissance de l'indice complexe de la mati\u00e8re circumstellaire sur l'ensemble du spectre \u00e9lectromagn\u00e9tique. Pour r\u00e9soudre ce probl\u00e8me et satisfaire l'exigence des mod\u00e8les de transfert radiatif de conna\u00eetre l'indice complexe du mat\u00e9riau circumstellaire \u00e0 travers le spectre \u00e9lectromagn\u00e9tique, ces auteurs pr\u00e9sentent une fonction di\u00e9lectrique compl\u00e8te calcul\u00e9e \u00e0 partir de l'analyse de Kramers-Kronig qui confirme que la caract\u00e9ristique pr\u00e9sente dans ces spectres d'extinction est en effet li\u00e9e \u00e0 l'alpha-SiC.<\/p>\n
Les propri\u00e9t\u00e9s optiques du carbure de silicium sont d\u00e9termin\u00e9es par sa structure atomique, en particulier par la pr\u00e9sence de deux d\u00e9fauts ponctuels sp\u00e9cifiques : les impuret\u00e9s d'aluminium sur le sous-r\u00e9seau de silicium AlSi et les impuret\u00e9s d'azote sur le sous-r\u00e9seau de carbone NC. Ces d\u00e9fauts ponctuels contribuent \u00e0 leur tour \u00e0 d\u00e9finir ses caract\u00e9ristiques optiques. La faible dilatation thermique, la duret\u00e9 et la rigidit\u00e9 \u00e9lev\u00e9es du carbure de silicium alpha en font un mat\u00e9riau de choix pour les miroirs de t\u00e9lescopes astronomiques. Il existe des spectres d'extinction de laboratoire qui refl\u00e8tent fid\u00e8lement ce que l'on peut observer dans l'espace. Les spectres de laboratoire ne suffisent pas \u00e0 caract\u00e9riser pleinement les propri\u00e9t\u00e9s optiques des mat\u00e9riaux \u00e0 toutes les fr\u00e9quences \u00e9lectromagn\u00e9tiques. Cet article pr\u00e9sente une fonction di\u00e9lectrique synth\u00e9tique compl\u00e8te pour ce mat\u00e9riau, d\u00e9riv\u00e9e de l'analyse de Kramers-Kronig des donn\u00e9es existantes et des spectres d'extinction exp\u00e9rimentaux. Cette fonction sert d'entr\u00e9e aux mod\u00e8les de transfert radiatif qui caract\u00e9risent les environnements de poussi\u00e8res spatiales.<\/p>\n
Des \u00e9chantillons de couches minces de SiC de diff\u00e9rentes \u00e9paisseurs ont \u00e9t\u00e9 fabriqu\u00e9s par d\u00e9p\u00f4t chimique en phase vapeur assist\u00e9 par plasma (PECVD). Leur structure et leur morphologie ont \u00e9t\u00e9 examin\u00e9es par divers moyens tels que la r\u00e9flectivit\u00e9 des rayons X, la diffraction des rayons X sur poudre, la microscopie \u00e9lectronique \u00e0 balayage et la microscopie \u00e0 force atomique ; leurs constantes optiques (parties r\u00e9elles\/imaginaires de la fonction di\u00e9lectrique complexe et de l'indice de r\u00e9fraction), la d\u00e9termination de la constante optique de la bande interdite ont toutes \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9es par ellipsom\u00e9trie spectroscopique.<\/p>\n
Les \u00e9tudes d\u00e9montrent que l'indice de r\u00e9fraction du SiC diminue \u00e0 mesure que son \u00e9paisseur augmente, comme pr\u00e9vu. Les parties r\u00e9elles et imaginaires de sa fonction di\u00e9lectrique complexe, ainsi que les coefficients d'absorption, d\u00e9pendent \u00e0 la fois de la longueur d'onde du rayonnement incident et de la direction de polarisation ; ces r\u00e9sultats confirment les pr\u00e9visions selon lesquelles sa structure en couches a une influence positive sur les constantes optiques qui am\u00e9liorent la transmission dans un spectre \u00e9lectromagn\u00e9tique \u00e9largi.<\/p>\n
Les effets toxiques du carbure de silicium proviennent en grande partie de sa forte interaction avec les mol\u00e9cules d'oxyg\u00e8ne et d'eau, entra\u00eenant une surexposition au chlorure d'hydrog\u00e8ne gazeux qui peut provoquer une d\u00e9tresse respiratoire, une bronchoconstriction et une accumulation de liquide dans les poumons, ainsi que des crampes abdominales, des naus\u00e9es et des vomissements. En outre, l'exposition \u00e0 ses vapeurs peut modifier l'\u00e9volution de la tuberculose par inhalation, entra\u00eenant une fibrose \u00e9tendue et une progression de la maladie.<\/p>\n
L'indice de r\u00e9fraction mesure la capacit\u00e9 des mat\u00e9riaux \u00e0 courber les ondes lumineuses. Chaque mat\u00e9riau a un indice diff\u00e9rent : l'eau a un indice de r\u00e9fraction de 1,5 ; le cristal de plomb a un indice plus \u00e9lev\u00e9 ; le diamant a un indice sup\u00e9rieur \u00e0 2,42, ce qui explique son aspect magnifique lorsqu'il est expos\u00e9 directement \u00e0 la lumi\u00e8re du soleil. Le carbure de silicium a un indice de r\u00e9fraction de 2,5, ce qui en fait un excellent mat\u00e9riau dur et r\u00e9sistant \u00e0 l'usure, avec d'excellentes propri\u00e9t\u00e9s \u00e9lectriques qui permettent de r\u00e9aliser des films minces \u00e0 partir de ce mat\u00e9riau, utilis\u00e9 en \u00e9lectronique, notamment dans les DEL et les premiers d\u00e9tecteurs radio, ainsi qu'en \u00e9lectroluminescence avec une efficacit\u00e9 de 10-2 \u00e0 5600 A (donn\u00e9es sur les propri\u00e9t\u00e9s techniques).<\/p>\n
La conductivit\u00e9 thermique et la rigidit\u00e9 \u00e9lev\u00e9es du carbure de silicium en font l'un des premiers mat\u00e9riaux utilis\u00e9s dans les miroirs de t\u00e9lescopes, notamment dans les observatoires spatiaux Herschel et Gaia, o\u00f9 plusieurs grands t\u00e9lescopes sont \u00e9quip\u00e9s de miroirs en carbure de silicium. En outre, son faible coefficient de dilatation thermique en fait un excellent choix pour les sous-syst\u00e8mes des engins spatiaux.<\/p>\n
Contrairement au silicium qui est sensible \u00e0 l'oxydation \u00e0 l'air \u00e0 des temp\u00e9ratures \u00e9lev\u00e9es, le carbure de silicium est tr\u00e8s r\u00e9sistant. En outre, c'est le plus dur de tous les silicates. On le trouve le plus souvent sous forme de mat\u00e9riau polycristallin, mais des cristaux uniques peuvent \u00e9galement \u00eatre form\u00e9s par le proc\u00e9d\u00e9 Lely avec de la poudre de silice sublim\u00e9e ; le carbure de silicium cubique peut \u00e9galement \u00eatre cultiv\u00e9 par d\u00e9p\u00f4t chimique en phase vapeur, \u00e0 des temp\u00e9ratures de croissance plus \u00e9lev\u00e9es.<\/p>\n
Le carbure de silicium li\u00e9 par r\u00e9action est imperm\u00e9able \u00e0 l'oxyg\u00e8ne, ce qui en fait un choix rentable pour les applications n\u00e9cessitant une r\u00e9sistance \u00e0 la corrosion \u00e0 des temp\u00e9ratures \u00e9lev\u00e9es.<\/p>\n
Les fibres de carbure de silicium CVD sont cr\u00e9\u00e9es par la superposition d'un mat\u00e9riau central riche en carbone avec des manchons de carbone et peuvent \u00eatre renforc\u00e9es par divers mat\u00e9riaux, dont le tungst\u00e8ne. Leur r\u00e9sistance \u00e0 temp\u00e9rature ambiante est en moyenne de 4GPa ; leurs r\u00e9sistances longitudinale et radiale varient, la r\u00e9sistance longitudinale \u00e9tant g\u00e9n\u00e9ralement sup\u00e9rieure. Cependant, avec le temps, ces fibres s'affaiblissent, probablement en raison de r\u00e9actions interfaciales entre les composants de tungst\u00e8ne du noyau et du manteau, ainsi que de la croissance des grains dans le mat\u00e9riau du noyau en carbure de silicium.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Le carbure de silicium est un semi-conducteur sup\u00e9rieur \u00e0 large bande interdite qui pr\u00e9sente des propri\u00e9t\u00e9s physiques et chimiques exceptionnelles, notamment des cristaux de couleur jaune \u00e0 bleu verd\u00e2tre ou noir bleut\u00e9 avec iridescence. Des mesures de l'indice de r\u00e9fraction sur le SiC cubique cultiv\u00e9 \u00e9pitaxiquement ont \u00e9t\u00e9 soigneusement effectu\u00e9es \u00e0 l'aide d'une ellipsom\u00e9trie spectroscopique \u00e0 angle variable, montrant que les indices de r\u00e9fraction ordinaires et extraordinaires augmentent avec la temp\u00e9rature. L'indice de r\u00e9fraction Indice de ...<\/p>\n