Vienkristāla silīcija karbīds

Silīcija karbīds (SiC) ir ārkārtīgi ciets silīcija un oglekļa ķīmiskais savienojums, kas dabā sastopams kā moizanīta minerāls, taču tā ražošana plašā mērogā sākās 1893. gadā, lai to izmantotu kā abrazīvu materiālu un lietojumos, kam nepieciešama īpaša izturība, piemēram, automašīnu bremzēs un bruņuvestēs.

Fizikālā tvaiku transporta augšanas tehnoloģija ir ļāvusi ražot augstas kvalitātes 4 collu n-veida SiC substrātus bez mikropīpēm1. Tomēr, lai uzlabotu ierīču veiktspēju un uzticamību, joprojām ļoti svarīgi ir vēl vairāk samazināt paplašinātos defektus.

Fizikālās īpašības

Silīcija karbīds (SiC) ir IV-IV kovalentā savienojuma pusvadītāju materiāls, kas sastāv no silīcija un oglekļa vienādā proporcijā, veidojot četras kovalentās saites starp katru Si un oglekļa atomu.

SiC platā joslas sprauga ļauj tam efektīvi darboties augstās temperatūrās un pie augstiem spriegumiem, tāpēc tas ir piemērots energoelektronikas ierīcēm. Turklāt tā siltumvadītspēja, stabilitāte un cietība padara to par lielisku izvēli elektronisko ierīču radiatoriem un substrātiem, palīdzot efektīvāk izkliedēt siltumu nekā alternatīvi materiāli.

SiC fizikālās īpašības nodrošina augstu precizitāti un viendabīgumu, izgatavojot tādas ierīces kā gaismas diodes un lāzerus, kā arī abrazīvos un griezējinstrumentus. SiC ir būtiska nozīme arī teleskopu spoguļu ražošanā, jo tam ir zems termiskās izplešanās koeficients un stingrība; tā zemais termiskās izplešanās koeficients iztur augstas temperatūras, bet radiācija to aizsargā. Visbeidzot, SiC ir ļoti izturīgs pret koroziju skābju, sārmu un oksidējošās vidēs.

Ķīmiskās īpašības

Silīcija karbīds ir izcils savienojums ar unikālām ķīmiskām un fizikālām īpašībām, kas padara to par nenovērtējamu izvēli nozarēs, kurās nepieciešamas izturīgas sastāvdaļas, kas spēj izturēt ekstrēmas vides.

SiC sastāv no cieši saistītiem silīcija un oglekļa atomiem, kas savienoti kopā neregulārā heksagonālā režģa struktūrā, kas piešķir šai vielai ievērojamu cietību, ierindojot to trešajā vietā pēc Mosa skalas aiz dimanta un bora karbīda.

Pateicoties šīm īpašībām, šis materiāls ir arī īpaši izturīgs: tā augstā siltumvadītspēja iztur ekstrēmas temperatūras, bet tā spēja saglabāt formu stresa apstākļos nemazinās, turklāt tam ir zems termiskās izplešanās koeficients, kas palīdz samazināt izmēru izmaiņas temperatūras svārstību laikā.

SiC kristāliskā struktūra ļauj veidot arī aizsargpārklājumus, kas pasargā to no ķīmiskām reakcijām, kas varētu izraisīt degradāciju. Pateicoties šai izturībai pret koroziju, SiC ir lieliska materiāla izvēle lietojumiem, kam nepieciešama ilgstoša veiktspēja skarbās darba vidēs, kā arī lielas mehāniskās slodzes vai spiediena izturība.

Mehāniskās īpašības

Silīcija karbīds, saukts arī par korundu vai karborundu, ir neorganisks ķīmisks savienojums, kas sastāv no silīcija un oglekļa un veido platjoslas pusvadītājus ar slāpekļa vai fosfora piedevu n tipa silīcija karbīdam vai ar bora vai alumīnija piedevu p tipa silīcija karbīdam.

Silīcija karbīds izceļas starp materiāliem, jo tā Si un C atomu struktūra ir cieši sakārtota, padarot to ārkārtīgi izturīgu. Tā ir viena no cietākajām vielām uz Zemes, un silīcija karbīdam piemīt arī augsta kušanas temperatūra un izcilas siltumvadītspējas īpašības.

Silīcija karbīda stingrība un zemais termiskās izplešanās koeficients ir padarījis to par vēlamu materiālu teleskopu spoguļiem, piemēram, Hēršela kosmosa teleskopa spoguļiem. Citi monokristāla silīcija karbīda izmantošanas veidi ir automobiļu bremzes un sajūgi, keramikas plāksnes bruņuvestēs, sintētiskā moizanīta ražošana, monokristāla silīcija karbīda ievērojami lielākais pārejas dziļums starp plastisko un trauslo pāreju uz lūzumu, kā arī skrāpējumu morfoloģiskās īpašības Si un C plakņu apstrādes laikā, veicot FIB SEM analīzi.

Elektriskās īpašības

Silicija karbīda monokristālu elektriskās īpašības ir bijušas plaša pasaules mēroga pētījumu objekts, jo tām ir būtiska nozīme augstas veiktspējas elektronisko ierīču ar plašu joslas spraugu radīšanā.

Ir izstrādāts liels skaits metožu, lai mērītu nesēju koncentrāciju un pretestību SiC plāksnēs. Ar šīm raksturošanas metodēm var noteikt visus tajās esošos piemaisījumus. Lai mērītu šos parametrus simetriski visā sānu vai šķērsgriezuma laukumā, izmantojot elektriskās skenēšanas zondes metodes vai bezkontakta pretestības kartēšanas rīkus.

Silīcija karbīds (SiC) ir neorganiska cieta viela, ko veido silīcijs un ogleklis stehiometriskā proporcijā, veidojas kā elementārs savienojums, pazīstams kā moisanīta dārgakmens, ko ražo Lely procesā un izmanto kā abrazīvu, kā arī izmanto elektroniskajās ierīcēs un kā daļu no elektroniskās ražošanas procesiem. Silīcija karbīds ir viens no cietākajiem dabiskajiem materiāliem ar augstāku nodilumizturību, izturību un siltumvadītspēju salīdzinājumā ar citur sastopamiem līdzīgiem materiāliem.