Erinevused erineva struktuuriga SiC kristallide vahel

Ränikarbiid (SiC)on materjal, millel on erakordne termiline, füüsikaline ja keemiline stabiilsus ning mille omadused ületavad tavapäraste materjalide omadusi. Selle soojusjuhtivus on hämmastavalt 84 W/(m·K), mis pole mitte ainult vasest kõrgem, vaid ka kolm korda suurem kui ränil. See näitab selle tohutut potentsiaali kasutada soojusjuhtimise rakendustes. SiC ribalaius on ligikaudu kolm korda suurem kui räni oma ja selle elektrivälja tugevus on suurusjärgu võrra suurem kui ränil. See tähendab, et SiC suudab kõrgepingerakendustes pakkuda suuremat töökindlust ja tõhusust. Lisaks suudab SiC säilitada hea elektrijuhtivuse kõrgel temperatuuril 2000 °C, mis on võrreldav grafiidiga. See muudab selle ideaalseks pooljuhtmaterjaliks kõrge temperatuuriga keskkondades. SiC korrosioonikindlus on samuti äärmiselt silmapaistev. Selle pinnale moodustunud õhuke SiO2 kiht takistab tõhusalt edasist oksüdatsiooni, muutes selle toatemperatuuril vastupidavaks peaaegu kõigile teadaolevatele söövitavatele ainetele. See tagab selle kasutamise karmides keskkondades.

Kristallistruktuuri osas peegeldub ränikarbiidi mitmekesisus selle enam kui 200 erinevas kristallivormis, mis on iseloomulik erinevatele viisidele, kuidas aatomid on kristallides tihedalt pakitud. Kuigi kristallivorme on palju, võib need kristallivormid jämedalt jagada kahte kategooriasse: kuupstruktuuriga β-SiC (tsingi segustruktuur) ja kuusnurkse struktuuriga α-SiC (wurtsiidi struktuur). See struktuurne mitmekesisus mitte ainult ei rikasta ränikarbiidi füüsikalisi ja keemilisi omadusi, vaid pakub ka teadlastele rohkem valikuvõimalusi ja paindlikkust SiC-põhiste pooljuhtmaterjalide kavandamisel ja optimeerimisel.

Paljude SiC kristallivormide hulgas on kõige levinumad3C-SiC4H-SiC, 6H-SiC ja 15R-SiC. Nende kristallivormide erinevus peegeldub peamiselt nende kristallstruktuuris. 3C-SiC, tuntud ka kui kuupmeetriline ränikarbiid, omab kuupstruktuuri omadusi ja on ränikarbiidi hulgas lihtsaim struktuur. Kuusnurkse struktuuriga ränidioksiidi saab jaotada 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC ja muudeks tüüpideks vastavalt erinevatele aatomite paigutustele. Need klassifikatsioonid peegeldavad seda, kuidas aatomid on kristalli sisse pakitud, samuti võre sümmeetriat ja keerukust.

Ribavahe on põhiparameeter, mis määrab temperatuurivahemiku ja pingetaseme, milles pooljuhtmaterjalid võivad töötada. SiC mitmetest kristallvormidest on 2H-SiC suurim ribalaius 3,33 eV, mis näitab selle suurepärast stabiilsust ja jõudlust ekstreemsetes tingimustes; 4H-SiC järgneb täpselt, ribalaiusega 3,26 eV; 6H-SiC ribalaius on veidi madalam, 3,02 eV, samas kui 3C-SiC madalaim ribalaius on 2,39 eV, mistõttu seda kasutatakse laiemalt madalamatel temperatuuridel ja pingetel.

Aukude efektiivne mass on oluline tegur, mis mõjutab materjalide aukude liikuvust. 3C-SiC augu efektiivne mass on 1,1 m0, mis on suhteliselt madal, mis näitab, et selle aukude liikuvus on hea. 4H-SiC augu efektiivne mass on kuusnurkse konstruktsiooni alustasandil 1,75 m0 ja alustasandiga risti 0,65 m0, mis näitab selle elektriliste omaduste erinevust erinevates suundades. 6H-SiC augu efektiivne mass on sarnane 4H-SiC omaga, kuid üldiselt pisut madalam, mis mõjutab selle kandja liikuvust. Elektroni efektiivne mass varieerub sõltuvalt konkreetsest kristallstruktuurist vahemikus 0,25-0,7m0.

Kandja liikuvus näitab, kui kiiresti elektronid ja augud materjalis liiguvad. 4H-SiC toimib selles osas hästi. Selle aukude ja elektronide liikuvus on oluliselt suurem kui 6H-SiC, mis muudab 4H-SiC parema jõudluse elektrilistes elektroonikaseadmetes.

Laiahaardelise jõudluse vaatenurgast on iga kristallivormSiCon oma ainulaadsed eelised. 6H-SiC sobib oma struktuurse stabiilsuse ja heade luminestsentsomaduste tõttu optoelektrooniliste seadmete valmistamiseks.3C-SiCsobib kõrge sagedusega ja suure võimsusega seadmetele tänu oma suurele küllastunud elektronide triivimiskiirusele. 4H-SiC on tänu oma suurele elektronide liikuvusele, madalale sisselülitamisele ja suurele voolutihedusele muutunud ideaalseks valikuks jõuelektroonikaseadmete jaoks. Tegelikult ei ole 4H-SiC mitte ainult parima jõudlusega, kõrgeima turustamisastme ja kõige küpsema tehnoloogiaga kolmanda põlvkonna pooljuhtmaterjal, vaid see on ka eelistatud materjal jõuliste pooljuhtseadmete tootmiseks kõrgsurve- ja kõrgsurveseadmetes. temperatuur ja kiirguskindlad keskkonnad.