Enokristalni silicijev karbid

Silicijev karbid (SiC) je izjemno trda kemična spojina silicija in ogljika, ki se v naravi pojavlja kot mineral moissanit, čeprav se je proizvodnja v velikem obsegu začela leta 1893 za uporabo kot abrazivni material in v aplikacijah, ki zahtevajo izjemno vzdržljivost, kot so avtomobilske zavore in neprebojni jopiči.

Tehnologija fizične rasti s transportom pare je omogočila proizvodnjo visokokakovostnih 4-palčnih substratov SiC n-tipa brez mikrotrubic1. Vendar je nadaljnje zmanjševanje razširjenih napak še vedno ključnega pomena za izboljšanje zmogljivosti in zanesljivosti naprav.

Fizikalne lastnosti

Silicijev karbid (SiC) je polprevodniški material s kovalentno spojino IV-IV, sestavljen iz silicija in ogljika v enakem razmerju, ki tvorita štiri kovalentne vezi med vsakim atomom Si in ogljikom.

Široka pasovna vrzel SiC omogoča učinkovito delovanje pri visokih temperaturah in napetostih, zato je primeren za naprave močnostne elektronike. Poleg tega je zaradi svoje toplotne prevodnosti, stabilnosti in trdote odlična izbira za radiatorje in podlage v elektronskih napravah, saj pomaga učinkoviteje odvajati toploto kot drugi materiali.

Fizikalne lastnosti SiC zagotavljajo visoko natančnost in enakomernost pri izdelavi naprav, kot so svetleče diode in laserji, ter abrazivnih in rezalnih orodij. Zaradi nizkega koeficienta toplotnega raztezanja in togosti ima SiC pomembno vlogo tudi pri izdelavi zrcal za teleskope; zaradi nizkega koeficienta toplotnega raztezanja prenese visoke temperature, medtem ko ga zaščiti pred sevanjem. Nenazadnje je SiC odlično odporen proti koroziji v kislem, alkalnem in oksidativnem okolju.

Kemijske lastnosti

Silicijev karbid je izjemna spojina z edinstvenimi kemičnimi in fizikalnimi lastnostmi, zaradi katerih je neprecenljiva izbira za industrije, ki potrebujejo trpežne komponente, odporne na ekstremna okolja.

SiC je sestavljen iz tesno povezanih atomov silicija in ogljika, ki so povezani v nepravilno heksagonalno mrežno strukturo, zaradi česar je ta snov izjemno trda, saj je na Mohsovi lestvici na tretjem mestu za diamantom in borovim karbidom.

Zaradi teh lastnosti je ta material tudi izjemno trpežen: njegova visoka toplotna prevodnost je odporna na ekstremne temperature, njegova sposobnost ohranjanja oblike pri obremenitvah pa se ne zmanjša, poleg tega ima nizek koeficient toplotnega raztezanja, ki pomaga zmanjšati spremembe dimenzij med temperaturnimi nihanji.

Kristalinična struktura SiC omogoča tudi oblikovanje zaščitnih prevlek, ki ga ščitijo pred kemičnimi reakcijami, ki bi povzročile razgradnjo. Zaradi te odpornosti proti koroziji je SiC odličen material za aplikacije, ki zahtevajo dolgotrajno delovanje v težkih delovnih okoljih in prenašajo velike mehanske obremenitve ali pritiske.

Mehanske lastnosti

Silicijev karbid, imenovan tudi korund ali karborund, je anorganska kemična spojina, sestavljena iz silicija in ogljika, ki tvori polprevodnike s široko pasovno vrzeljo z dušikom ali fosforjem za silicijev karbid n-tipa ali z borom ali aluminijem za p-tip.

Silicijev karbid izstopa med materiali zaradi tesno zapakirane strukture atomov Si in C, zaradi česar je izredno močan. Silicijev karbid je ena od najtrših snovi na Zemlji in se ponaša tudi z visokim tališčem ter izjemnimi lastnostmi toplotne prevodnosti.

Silicijev karbid je zaradi svoje togosti in nizkega koeficienta toplotnega raztezanja zaželen material za zrcala teleskopov, kot je Herschelov vesoljski teleskop. Druge uporabe monokristalnega silicijevega karbida vključujejo avtomobilske zavore in sklopke, keramične plošče v neprebojnih jopičih, proizvodnjo sintetičnega moissanita, znatno daljšo globino prehoda med duktilnim in krhkim prehodom v lom ter značilnosti morfologije prask med strojno obdelavo ravnin Si in C med analizo FIB SEM.

Električne lastnosti

Električne lastnosti monokristalnega silicijevega karbida so predmet obsežnih raziskav po vsem svetu, saj imajo ključno vlogo pri ustvarjanju visoko zmogljivih elektronskih naprav s široko pasovno širino.

Razvitih je bilo veliko tehnik za merjenje koncentracije nosilcev in upornosti rezin SiC. Te tehnike karakterizacije lahko zaznajo vse nečistoče, ki so v njih prisotne. Za simetrično merjenje teh parametrov po stranskih ali prečnih površinah se uporabljajo tehnike električnih sond za skeniranje ali orodja za brezkontaktno kartiranje upornosti.

Silicijev karbid (SiC) je anorganska trdna snov, sestavljena iz silicija in ogljika v stehiometričnem razmerju, ki se tvori kot elementarna spojina, znana kot moissanit, proizvedena po Lelyjevem postopku in se uporablja kot abraziv ter za uporabo v elektronskih napravah in kot del elektronskih proizvodnih postopkov. Silicijev karbid je eden od najtrših naravnih materialov z boljšo odpornostjo proti obrabi, trdnostjo in toplotno prevodnostjo v primerjavi s podobnimi materiali, ki jih najdemo drugje.