Skirtumai tarp skirtingos struktūros SiC kristalų

Silicio karbidas (SiC)yra medžiaga, kuri pasižymi išskirtiniu terminiu, fiziniu ir cheminiu stabilumu, pasižyminčiomis savybėmis, viršijančiomis įprastų medžiagų savybes. Jo šilumos laidumas yra stulbinantis 84 W/(m·K), kuris yra ne tik didesnis nei vario, bet ir tris kartus didesnis nei silicio. Tai rodo didžiulį potencialą naudoti šilumos valdymo programose. SiC juostos tarpas yra maždaug tris kartus didesnis nei silicio, o jo suskaidymo elektrinio lauko stiprumas yra eilės tvarka didesnis nei silicio. Tai reiškia, kad SiC gali užtikrinti didesnį patikimumą ir efektyvumą aukštos įtampos įrenginiuose. Be to, SiC vis tiek gali išlaikyti gerą elektros laidumą aukštoje 2000 °C temperatūroje, o tai prilygsta grafitui. Dėl to ji yra ideali puslaidininkinė medžiaga aukštos temperatūros aplinkoje. SiC atsparumas korozijai taip pat yra nepaprastai puikus. Ant jo paviršiaus susidaręs plonas SiO2 sluoksnis efektyviai apsaugo nuo tolesnės oksidacijos, todėl kambario temperatūroje jis yra atsparus beveik visoms žinomoms korozinėms medžiagoms. Tai užtikrina jo pritaikymą atšiaurioje aplinkoje.

Kalbant apie kristalų struktūrą, SiC įvairovę atspindi daugiau nei 200 skirtingų kristalų formų, o tai būdinga įvairiems būdams, kuriais atomai yra tankiai supakuoti kristaluose. Nors yra daug kristalų formų, šias kristalų formas galima apytiksliai suskirstyti į dvi kategorijas: β-SiC su kubine struktūra (cinko mišinio struktūra) ir α-SiC su šešiakampe struktūra (wurtzite struktūra). Ši struktūrinė įvairovė ne tik praturtina fizines ir chemines SiC savybes, bet ir suteikia tyrėjams daugiau pasirinkimų bei lankstumo kuriant ir optimizuojant SiC pagrindu pagamintas puslaidininkines medžiagas.

Tarp daugelio SiC kristalų formų yra labiausiai paplitusių3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC ir 15R-SiC. Skirtumas tarp šių kristalų formų daugiausia atsispindi jų kristalų struktūroje. 3C-SiC, taip pat žinomas kaip kubinis silicio karbidas, pasižymi kubinės struktūros savybėmis ir yra paprasčiausia struktūra tarp SiC. Šešiakampės struktūros SiC gali būti toliau skirstomas į 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC ir kitus tipus pagal skirtingus atomų išdėstymus. Šios klasifikacijos atspindi tai, kaip atomai yra supakuoti kristalo viduje, taip pat gardelės simetriją ir sudėtingumą.

Juostos tarpas yra pagrindinis parametras, lemiantis temperatūros diapazoną ir įtampos lygį, kuriame gali veikti puslaidininkinės medžiagos. Tarp kelių SiC kristalų formų 2H-SiC turi didžiausią 3,33 eV dažnių juostos plotį, o tai rodo puikų stabilumą ir veikimą ekstremaliomis sąlygomis; 4H-SiC atidžiai seka, o juostos plotis yra 3,26 eV; 6H-SiC pralaidumas yra šiek tiek mažesnis – 3,02 eV, o 3C-SiC – mažiausias – 2,39 eV, todėl jis plačiau naudojamas esant žemesnei temperatūrai ir įtampai.

Efektyvi skylių masė yra svarbus veiksnys, turintis įtakos medžiagų angų judumui. 3C-SiC skylės efektyvioji masė yra 1,1 m0, o tai yra palyginti maža, o tai rodo, kad jos skylės mobilumas yra geras. 4H-SiC skylės efektyvioji masė yra 1,75 m0 šešiakampės konstrukcijos pagrindinėje plokštumoje ir 0,65 m0, kai statmena bazinei plokštumai, tai rodo jos elektrinių savybių skirtumą skirtingomis kryptimis. Skylės efektyvioji masė 6H-SiC yra panaši į 4H-SiC, bet apskritai šiek tiek mažesnė, o tai turi įtakos jo nešiklio mobilumui. Efektyvi elektrono masė kinta 0,25-0,7m0 diapazone, priklausomai nuo konkrečios kristalų struktūros.

Nešiklio mobilumas yra matas, kaip greitai medžiagoje juda elektronai ir skylės. Šiuo atžvilgiu 4H-SiC veikia gerai. Jo skylė ir elektronų mobilumas yra žymiai didesnis nei 6H-SiC, todėl 4H-SiC yra geresnis galios elektroninių prietaisų veikimas.

Iš visapusiško veikimo perspektyvos, kiekviena kristalų formaSiCturi savo unikalių pranašumų. 6H-SiC dėl savo struktūrinio stabilumo ir gerų liuminescencinių savybių tinka optoelektroninių prietaisų gamybai.3C-SiCtinka aukšto dažnio ir didelės galios įrenginiams dėl didelio sočiųjų elektronų dreifo greičio. 4H-SiC tapo idealiu galios elektroninių prietaisų pasirinkimu dėl didelio elektronų mobilumo, mažos varžos ir didelio srovės tankio. Tiesą sakant, 4H-SiC yra ne tik trečios kartos puslaidininkinė medžiaga, turinti geriausią našumą, aukščiausią komercializavimo laipsnį ir brandžiausią technologiją, tai taip pat yra tinkamiausia medžiaga gaminant galios puslaidininkinius įrenginius aukšto slėgio, aukšto slėgio temperatūra ir radiacijai atspari aplinka.