WikiDer > Полиморфы карбида кремния
Многие составные материалы демонстрируют полиморфизм, то есть они могут существовать в различных структурах, называемых полиморфами. Карбид кремния (SiC) уникален в этом отношении, так как более 250 полиморфы карбида кремния были идентифицированы к 2006 году,[1] с некоторыми из них постоянная решетки длиной 301,5 нм, что примерно в тысячу раз больше обычного шага решетки SiC.[2]
Полиморфы SiC включают различные аморфный фазы, наблюдаемые в тонких пленках и волокнах,[3] а также большое семейство подобных кристаллических структур, называемых политипы. Это вариации одного и того же химическое соединение которые идентичны в двух измерениях и отличаются в третьем. Таким образом, их можно рассматривать как слои, уложенные в определенной последовательности. Атомы этих слоев могут быть расположены в трех конфигурациях, A, B или C, для достижения наиболее плотной упаковки. Последовательность укладки этих конфигураций определяет кристаллическую структуру, где единичная ячейка является самой короткой периодически повторяющейся последовательностью последовательности укладки. Это описание не является уникальным для SiC, но также применимо к другим бинарным тетраэдрическим материалам, таким как оксид цинка и сульфид кадмия.
Категоризация политипов
Для каталогизации огромного числа возможных политипных кристаллических структур было разработано сокращение: давайте определим три двухслойные структуры SiC (то есть 3 атома с двумя связями между ними на рисунках ниже) и обозначим их как A, B и C. Элементы A и B не изменяют ориентацию бислоя (за исключением возможного поворота на 120 °, который не изменяет решетку и в дальнейшем игнорируется); единственная разница между A и B - это сдвиг решетки. Однако элемент C закручивает решетку на 60 °.
- Структура основных политипов SiC.
2H-SiC
4H-SiC
6H-SiC
Используя эти элементы A, B, C, мы можем построить Любые Политип SiC. Выше показаны примеры гексагональных политипов 2H, 4H и 6H, как они были бы записаны в схеме классификации Рамсделла, где число указывает слой, а буква указывает решетку Браве.[4] Структура 2H-SiC эквивалентна структуре вюрцит и состоит только из элементов A и B, уложенных как ABABAB. Элементарная ячейка 4H-SiC в два раза длиннее, а вторая половина скручена по сравнению с 2H-SiC, что приводит к наложению ABCB. Ячейка 6H-SiC в три раза длиннее, чем ячейка 2H, а последовательность укладки - ABCACB. Кубический 3C-SiC, также называемый β-SiC, имеет структуру ABC.[5]
Физические свойства
Различные политипы имеют самые разные физические свойства. 3C-SiC имеет самый высокий подвижность электронов и скорость насыщения из-за сокращения рассеяние фононов в результате более высокого симметрия. В запрещенные зоны сильно различаются среди политипов: от 2,3 эВ для 3C-SiC до 3 эВ в 6H-SiC до 3,3 эВ для 2H-SiC. Как правило, чем больше компонент вюрцита, тем больше ширина запрещенной зоны. Среди политипов SiC наиболее легко приготовить и лучше всего изучить 6H, в то время как политипы 3C и 4H привлекают больше внимания благодаря своим превосходным электронным свойствам. Политипизм SiC делает выращивание однофазного материала нетривиальным, но он также предлагает некоторые потенциальные преимущества - если методы выращивания кристаллов могут быть развиты в достаточной степени, тогда гетеропереходы различных политипов SiC могут быть получены и применены в электронных устройствах.[5]
Резюме политипов
Все символы в структурах SiC имеют определенное значение: цифра 3 в 3C-SiC относится к трехдвухслойной периодичности укладки (ABC), а буква C обозначает кубический симметрия кристалла. 3C-SiC - единственный возможный кубический политип. Последовательность укладки вюрцита ABAB ... обозначается как 2H-SiC, что указывает на ее двухдвухслойную периодичность укладки и шестиугольник симметрия. Эта периодичность увеличивается в два и в три раза в политипах 4H- и 6H-SiC. Семья ромбоэдрический политипы обозначены R, например, 15R-SiC.
| Политип | Космическая группа | Z | Символ Пирсона | SgNo | а (Å) | c (Å) | Запрещенная зона (эВ) | Гексагональность (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 3C | Т2d-F43m | 2 | cF8 | 216 | 4.3596 | 4.3596 | 2.3 | 0 |
| 2H | C46v-P63MC | 4 | hP4 | 186 | 3.0730 | 5.0480 | 3.3 | 100 |
| 4H | C46v-P63MC | 8 | hP8 | 186 | 3.0730 | 10.053 | 3.2 | 50 |
| 6H | C46v-P63MC | 12 | HP12 | 186 | 3.0730 | 15.11 | 3.0 | 33.3 |
| 8H | C46v-P63MC | 16 | HP16 | 186 | 3.0730 | 20.147 | 2.86 | 25 |
| 10H | P3m1 | 10 | hP20 | 156 | 3.0730 | 25.184 | 2.8 | 20 |
| 19ч | P3m1 | 19 | HP38 | 156 | 3.0730 | 47.8495 | ||
| 21ч | P3m1 | 21 | HP42 | 156 | 3.0730 | 52.87 | ||
| 27H | P3m1 | 27 | HP54 | 156 | 3.0730 | 67.996 | ||
| 36H | P3m1 | 36 | HP72 | 156 | 3.0730 | 90.65 | ||
| 9R | не найден | 9 | 18 грн | 160 | 3.073 | 66.6 | ||
| 15R | C53в-R3m | 15 | 30 грн. | 160 | 3.073 | 37.7 | 3.0 | 40 |
| 21R | C53в-R3m | 21 | hR42 | 160 | 3.073 | 52.89 | 2.85 | 28.5 |
| 24R | C53в-R3m | 24 | 48 грн. | 160 | 3.073 | 60.49 | 2.73 | 25 |
| 27R | C53в-R3m | 27 | 54 грн. | 160 | 3.073 | 67.996 | 2.73 | 44 |
| 33R | C53в-R3m | 33 | 66 грн. | 160 | 3.073 | 83.11 | 36.3 | |
| 45R | C53в-R3m | 45 | 90 грн. | 160 | 3.073 | 113.33 | 40 | |
| 51R | C53в-R3m | 51 | 102 грн. | 160 | 3.073 | 128.437 | 35.3 | |
| 57R | C53в-R3m | 57 | hR114 | 160 | 3.073 | 143.526 | ||
| 66R | C53в-R3m | 66 | 132 грн. | 160 | 3.073 | 166.188 | 36.4 | |
| 75R | C53в-R3m | 75 | 150 грн. | 160 | 3.073 | 188.88 | ||
| 84R | C53в-R3m | 84 | 168 грн. | 160 | 3.073 | 211.544 | ||
| 87R | C53в-R3m | 87 | hR174 | 160 | 3.073 | 219.1 | ||
| 93R | C53в-R3m | 93 | 186 грн. | 160 | 3.073 | 234.17 | ||
| 105R | C53в-R3m | 105 | 210 рупий | 160 | 3.073 | 264.39 | ||
| 111R | C53в-R3m | 111 | hR222 | 160 | 3.073 | 279.5 | ||
| 120р | C53в-R3m | 120 | 240 грн. | 160 | 3.073 | 302.4 | ||
| 141R | C53в-R3m | 141 | hR282 | 160 | 3.073 | 355.049 | ||
| 189R | C53в-R3m | 189 | hR378 | 160 | 3.073 | 476.28 | ||
| 393R | C53в-R3m | 393 | 786 грн. | 160 | 3.073 | 987.60 |
Смотрите также
использованная литература
- ^ Ребекка Чунг (2006). Микроэлектромеханические системы из карбида кремния для тяжелых условий эксплуатации. Imperial College Press. п. 3. ISBN 1-86094-624-0.
- ^ Дж. Ф. Келли; и другие. (2005). «Корреляция между толщиной слоя и периодичностью длинных политипов в карбиде кремния» (PDF). Бюллетень материаловедения. 40 (2): 249–255. Дои:10.1016 / j.materresbull.2004.10.008.
- ^ Лайне, Ричард М. (1993). «Пути прекерамического полимера к карбиду кремния». Химия материалов. 5 (3): 260–279. Дои:10.1021 / см 00027a007.
- ^ Рамсделл Л.С., "Исследования карбида кремния" Am. Минеральная. 32, (1945), с.64-82
- ^ а б Моркоч, Х. (1994). «Технология полупроводников на основе SiC, нитридов III-V и ZnSe с большой шириной запрещенной зоны». Журнал прикладной физики. 76 (3): 1363. Bibcode:1994JAP .... 76.1363M. Дои:10.1063/1.358463.
- ^ «Свойства карбида кремния (SiC)». Иоффе. Получено 2009-06-06.
- ^ Юн-Су Пак, Уиллардсон, Эйке Р. Вебер (1998). SiC материалы и устройства. Академическая пресса. С. 1–18. ISBN 0-12-752160-7.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
- ^ С. Адачи (1999). Оптические константы кристаллических и аморфных полупроводников: числовые данные и графическая информация. Springer. ISBN 0-7923-8567-5.
- ^ В. Дж. Чойк, Хироюки Мацунами, Герхард Пенсл (2003). Карбид кремния: последние достижения. Springer. п. 430. ISBN 3-540-40458-9.CS1 maint: использует параметр авторов (ссылка на сайт)
- ^ Накашима, S (1991). «Профили интенсивности комбинационного рассеяния и структура упаковки в политипах SiC». Твердотельные коммуникации. 80 (1): 21–24. Bibcode:1991SSCom..80 ... 21N. Дои:10.1016 / 0038-1098 (91) 90590-П.
внешние ссылки
- Краткая история карбида кремния Д-р Дж. Ф. Келли, Лондонский университет
- Паспорт безопасности материала для карбида кремния