Il carburo di silicio, pi\u00f9 comunemente chiamato Carborundum, \u00e8 un composto chimico estremamente duro con propriet\u00e0 sia metalliche che isolanti a diverse temperature. Viene utilizzato nelle applicazioni industriali che richiedono applicazioni di lunga durata.<\/p>\n
Il SiC verde \u00e8 un materiale ceramico estremamente duro e resistente alla corrosione, sintetizzato per la prima volta da Edward Acheson nel 1891 attraverso il riscaldamento combinato di sabbia silicea e coke di petrolio in un forno speciale. Vanta propriet\u00e0 eccezionali, tra cui una buona resistenza alla corrosione, un'elevata forza meccanica, una bassa espansione termica e una notevole resistenza agli shock termici.<\/p>\n
Il carburo di silicio (SiC) \u00e8 un materiale eccezionale, caratterizzato da una forza e una durezza superiori, dall'inerzia chimica, dalla resistenza agli shock termici e dalle propriet\u00e0 dell'ampio bandgap che lo rendono adatto a molte applicazioni industriali esigenti, come cuscinetti a scorrimento, parti soggette a usura, crogioli, componenti per semiconduttori con ausilio alla sinterizzazione e ugelli per bruciatori.<\/p>\n
Il SiC si comporta come un isolante quando viene prodotto puro, ma con l'aggiunta controllata di impurit\u00e0 o droganti pu\u00f2 presentare propriet\u00e0 semiconduttive. I droganti alluminio, boro o gallio producono semiconduttori di tipo P; l'aggiunta di droganti fosforo o azoto crea semiconduttori di tipo N. La loro capacit\u00e0 di alterare la concentrazione di elettroni e buche - la differenza tra il loro numero nelle bande di conduzione e di valenza - \u00e8 direttamente correlata alla conduttivit\u00e0.<\/p>\n
La conduttivit\u00e0 intrinseca di un semiconduttore \u00e8 determinata da diversi fattori, tra cui l'energia di Fermi, l'altezza delle bande di valenza e di conduzione, la mobilit\u00e0 degli elettroni nella banda di conduzione e la carica per elettrone. Quando pi\u00f9 atomi nella banda di valenza sono legati ai loro orbitali atomici parentali, hanno energie di Fermi pi\u00f9 basse che li rendono meno propensi a essere promossi alla conduzione attraverso le vibrazioni termiche del reticolo di SiC (emissione di fononi). A temperatura ambiente, i portatori di carica intrinseci sono distribuiti in modo uniforme su entrambe le bande, con un numero uguale di elettroni e buchi per banda, il che rende il conduttore complessivamente migliore.<\/p>\n
Tuttavia, se riscaldato a temperature elevate, la sua banda di valenza diventa parzialmente vuota, poich\u00e9 gli atomi di silicio non subiscono pi\u00f9 vibrazioni termiche sufficienti a eccitare i loro modi vibrazionali. Questo fa s\u00ec che alcuni degli elettroni di valenza passino nella banda di conduzione, aumentando significativamente la conduttivit\u00e0.<\/p>\n
Con l'aumento della temperatura, gli elettroni e le buche si ricombinano fino a raggiungere un punto di equilibrio alla temperatura caratteristica del semiconduttore. La conduttivit\u00e0 pu\u00f2 essere ulteriormente aumentata utilizzando correnti elettriche o radiazioni elettromagnetiche per stimolare la generazione e la ricombinazione di coppie elettrone-buco, consentendo a dispositivi elettronici come diodi e transistor di funzionare a tensioni e frequenze pi\u00f9 elevate senza compromettere l'affidabilit\u00e0.<\/p>\n
Il carburo di silicio possiede una struttura cristallina intricata con numerosi politipi. Un particolare politipo pu\u00f2 essere identificato dal numero e dalla posizione degli atomi di carbonio nei suoi strati; ogni sequenza di impilamento genera combinazioni di orientamento uniche a causa di considerazioni energetiche (sono possibili sia traslazioni laterali che rotazioni), portando a centinaia di possibili configurazioni per strato in un campione sperimentale di SiC.<\/p>\n
Per comprendere meglio la conduttivit\u00e0 del SiC, \u00e8 necessario considerare tutte le possibili direzioni del trasporto di carica. A tal fine, sono state effettuate misure di impedenza complessa su campioni i cui confini dei grani (GB) erano stati identificati tramite analisi EBSD e adattati a un modello che considerava sia la conduttivit\u00e0 del bulk che quella dei GB; i risultati mostrano che la conduttivit\u00e0 dei GB \u00e8 la forza dominante che determina le propriet\u00e0 complessive di trasporto elettrico a temperature elevate.<\/p>\n
La conduttivit\u00e0 gB dipende fortemente dalla temperatura e dalla dimensione dei grani, con l'influenza della procedura di raffreddamento e delle impurit\u00e0 presenti ai confini dei grani. La Figura 5a illustra questa relazione confrontando la conduttivit\u00e0 ionica dei grani ottenuta con questo lavoro con i valori di letteratura per le ceramiche fuse; si pu\u00f2 notare che la corrispondenza con i valori di letteratura per le ceramiche fuse \u00e8 molto vicina; le eventuali variazioni riportate derivano probabilmente da differenze nel metodo di preparazione dei campioni di pellet utilizzati per la misurazione, da un adattamento impreciso dell'impedenza o da calcoli errati dei circuiti equivalenti.<\/p>\n
In genere, la conduttivit\u00e0 del gB diminuisce con l'aumentare della temperatura e del contenuto di impurit\u00e0; questo effetto \u00e8 molto meno pronunciato per i materiali puri che non contengono quantit\u00e0 significative di seconde fasi. Con l'aumento della temperatura, la mobilit\u00e0 degli elettroni diminuisce; \u00e8 pi\u00f9 probabile che essi rimangano intrappolati nelle strutture gB ostacolate da difetti strutturali, spiegando cos\u00ec perch\u00e9 i livelli di conduttivit\u00e0 del SiC ad alta purezza tendono ad essere inferiori a quelli delle forme disponibili in commercio; per compensare questo fenomeno, \u00e8 possibile aggiungere particelle di seconda fase elettricamente conduttive a bassa temperatura, che finiscono per ridurre la conduttivit\u00e0 gB a livelli che soddisfano le esigenze delle applicazioni pratiche.<\/p>\n
Il carburo di silicio, comunemente chiamato SiC, si riferisce a un gruppo estremamente eterogeneo di materiali che vanno dalle ceramiche prodotte da cristalli di SiC impuri legati tra loro utilizzando vari binatori ad alta temperatura e pressione fino ai wafer industriali prodotti tramite deposizione chimica da vapore o crescita sotto vuoto di cristalli di SiC. Ogni tipo di carburo di silicio presenta propriet\u00e0 fisiche distinte, come la conducibilit\u00e0 elettrica, che rendono pi\u00f9 difficile la previsione delle sue prestazioni per applicazioni specifiche.<\/p>\n
La conduttivit\u00e0 \u00e8 una propriet\u00e0 della struttura atomica, determinata dalla composizione del materiale e dalla dimensione dei grani. La conducibilit\u00e0 di un bicristallo di carburo di silicio pu\u00f2 essere influenzata dalla composizione e dalla struttura dei bordi dei grani e dal metodo di formazione; ad esempio, la sua conducibilit\u00e0 di tipo n pu\u00f2 dipendere dalle impurit\u00e0 di ossigeno all'interfaccia con l'ossido nativo, osservate con la microscopia elettronica a scansione e la microscopia dielettrica non lineare a scansione (SNDM).<\/p>\n
Analogamente al SiC, il SiC semiconduttore pu\u00f2 presentare caratteristiche di tipo p mediante drogaggio con alluminio, boro, gallio o azoto, mentre il drogaggio con azoto o fosforo determina caratteristiche di tipo n. L'aumento del drogaggio aumenta la conducibilit\u00e0 elettrica, ma deve tener conto dell'aumento dell'area superficiale quando si fanno previsioni sulla conducibilit\u00e0 complessiva dei materiali.<\/p>\n
La resistenza di un confine di grano \u00e8 determinata dalla sua struttura atomica, poich\u00e9 le fluttuazioni del potenziale atomico periodico dei cristalli adiacenti causano la dispersione degli elettroni lungo il confine e la diminuzione della resistivit\u00e0. Poich\u00e9 gli atomi tendono a raggrupparsi pi\u00f9 densamente ai confini dei grani, a causa della spaziatura pi\u00f9 stretta, la loro resistenza tende a essere maggiore di quella interna; questa vicinanza contribuisce alla formazione di molecole di ossido che riducono ulteriormente la conduttivit\u00e0; ma questo effetto pu\u00f2 essere minimizzato progettandoli in modo che siano il pi\u00f9 possibile lisci e densi.<\/p>\n
Il carburo di silicio (SiC) \u00e8 stato ampiamente utilizzato nei dispositivi elettronici grazie alla sua maggiore conduttivit\u00e0, mobilit\u00e0 degli elettroni e ridotta perdita di potenza alle alte temperature. Grazie a queste propriet\u00e0, \u00e8 possibile costruire dispositivi come i diodi Schottky e i transistor che amplificano, commutano o convertono i segnali elettrici nei circuiti elettronici pi\u00f9 facilmente che con altri materiali.<\/p>\n
Il SiC pu\u00f2 subire una significativa degradazione della conduttivit\u00e0 a causa della resistenza ai confini dei grani, causata da variazioni del potenziale atomico periodico rispetto a quello del reticolo del SiC in massa. Poich\u00e9 gli elettroni attraversano pi\u00f9 confini all'interno di questa regione, le variazioni di potenziale possono indurre una dispersione di elettroni che aumenta significativamente la resistenza rispetto a quella riscontrata nel materiale in massa.<\/p>\n
Per comprendere questo fenomeno, i ricercatori hanno studiato gli effetti del carbonio sulla conduttivit\u00e0 dei policristalli e dei bicristalli di SiC. Nell'ambito del loro esperimento, hanno studiato un bicristallo lucidato che conteneva il 5% in peso di additivo di carbonio, utilizzando la microscopia a scansione-nanoindentazione-diffrazione per analizzare le misure di energia superficiale sia di questo campione che di un cristallo singolo di tipo p di SiC. Hanno anche eseguito una mappatura dei grani con risoluzione EBSD, immagini topografiche del tipo di vettore e immagini topografiche del tipo di vettore\/concentrazione su ciascuno di essi per maggiore chiarezza.<\/p>\n
Topograficamente, la superficie di un bicristallo appariva piatta; tuttavia, le immagini del tipo e della concentrazione di portatori hanno rivelato un'area scura vicino al confine del grano, causata da strati di deplezione di portatori dovuti alla sostituzione di Sc nei siti di Si del reticolo della composizione additiva SiC durante la sinterizzazione.<\/p>\n
L'analisi EBSD ha confermato l'esistenza di uno strato di impoverimento e ha mostrato che la sua composizione comprendeva particelle di SiAlON e b-Si3N4 nei suoi confini di grano (GB). Inoltre, i valori di s rispecchiano quelli trovati per il SiC in massa. Inoltre, i bassi valori di s indicano che la maggior parte della conducibilit\u00e0 deriva dalla diffusione di foni piuttosto che di elettroni liberi; ci\u00f2 si adatta bene alla dipendenza dalla temperatura della conducibilit\u00e0 termica sia per i corpi incontaminati che per quelli in C-SiC.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Il carburo di silicio, pi\u00f9 comunemente chiamato carborundum, \u00e8 un composto chimico estremamente duro con propriet\u00e0 sia metalliche che isolanti a diverse temperature. Viene utilizzato nelle applicazioni industriali che richiedono applicazioni di lunga durata. Il SiC verde \u00e8 un materiale ceramico estremamente duro e resistente alla corrosione sintetizzato per la prima volta da Edward Acheson nel 1891 attraverso il riscaldamento combinato di ...<\/p>\n