Кремний карбиді

Кремний карбиді

Өздеріңіз білесіздер, электронды құрылғылардың, әсіресе экстремалды жағдайларда (жоғары температура, агрессивті орта, радиация) жұмыс істейтіндердің тиімділігі, олардың өнімділігіне, энергияны үнемділігіне және қатал жұмыс жағдайында ұзақ уақыт жұмыс істеу қабілетіне байланысты болады. Осы талаптарды ескерместен, жақын болашақта өнім сұранысқа ие болмауы мүмкін. Осындай қатаң талаптарға жауап беретін электронды құрылғылар шығаруға болатын материалдардың бірі - кремний карбиді. Соңғы онжылдықта кремний карбиді жартылай өткізгіш технологиясында және оған негізделген құрылғылар технологиясында айтарлықтай прогресс байқалды.

Кремний карбиді химиялық тұрақтылыққа, температура мен радиацияға жоғары қарсылыққа ие, оны акцепторлық және донорлық қоспалармен легірлеу мүмкіндігі бар. Мұның бәрі әлемнің бірқатар жетекші елдеріндегі электронды компоненттерді жасаушылар тарапынан кремний карбидіне қызығушылық тудырады.

Cree (АҚШ) кремний карбиді өнеркәсібін дамытудағы ең табысты компания деп саналады. Кәсіпорынның жетістіктері:

1.Күштік электроника - ток күшін 600А дейін ауыстыруға қабілетті SiC қуат модулінен жоғары кернеуі бар Cree транзисторлары;

2.Микротолқынды технология - максималды жиілігі 40 ГГц-ге дейін және бұзу кернеуі 120 В болатын Cree өріс-әсерлі транзисторлар;

3.Сенсорлар - жоғары температуралы (600 ° С дейін), радиацияға төзімді;

4.Температураның, қысымның (1600 кПа дейін), діріл ағынының, соның ішінде экстремалды жұмыс жағдайындағы өткізгіштер.

Кремний карбиді - қасиеттері наноэлементтердің (қабаттардың) кезектесу тәртібіне байланысты болатын қабатты материал. Шын мәнінде, SiC үш қабатты А, В және С типті қарапайым қабаттардан құралған қабатты құрылымға ие, олар бір-бірінен бір қабатқа кристалл қаптау арқылы ерекшеленеді. Олардың реттілігінің қайталану кезеңі ондаған ангистромадан ондаған нанометрге дейін өзгеруі мүмкін, бұл макроскопиялық қасиеттері осындай қабаттардың салыстырмалы жағдайына байланысты болатын қабатты торлардың пайда болуын қамтамасыз етеді.

Нәтижесінде синтездеу кезінде бірқатар жеке қабатты модификациялар пайда болады, олар полипиптер деп аталады және электрофизикалық (тыйым салынған қабат аралығы, заряд тасымалдаушылардың қозғалғыштығы), оптикалық (сіңіру, сыну коэффициенттері) және химиялық (тотығу жылдамдығы, қоспалардың таралуы) қасиеттерімен ерекшеленеді.

Тығыз қапталған қабатты полипиптер кубты (C), гексагональді (H), ромбоэдрлік (R) және тригональды (Т) торларға ие болуы мүмкін. Үш қабатты полип, мысалы,кубты тормен, 3С, ал алты қабатты гексаногальді политип 6H деп белгіленеді. 1-ші суретте табиғи кремний карбидінің жоғары торлардың(сверхрешетки) құрылымдық реттілігі көрсетілген:

1.қабат ішіндегі A, B, C қаптамалары;

2.негізгі қабатты модификацияның элементар ұяшықтары.

[pic 1]

                               1-сурет

Сондай-ақ, кремний карбиді негізінде заттарды SiC-тің әртүрлі модификацияларының: куб және гексагональді 3C-2H және 3C-6H жиынтығы түріндегі гетероструктуралары болып табуға болады.

Si және GaA-мен салыстырғанда SiC материалдарының келесі артықшылықтарын бөлуге болады:

1. 4H-SiC электр өрісінің бұзылудың кернеуі Si және GaAs тиісті көрсеткіштерінен жоғары. Бұл Ron қарсылықтың айтарлықтай төмендеуіне әкеледі. 2-шi суретте кристалдың бұзылуы Ron кернеуіне тәуелділікті көрсетеді. 600 В кернеу кезінде SiC-диод GaAs-диод—, Si-диод-бар екенін көруге болады . Ашық күйдегі шағын үлестік қарсылық жоғары тоқ тығыздығы мен жылу өткізгіштігімен үйлесімде күш құралдары үшін өте шағын кристалдарды пайдалануға мүмкіндік береді.
2. Тыйым салынған энергетикалық аймақтың үлкен ені Si және GaAs салыстырғанда Шоттки кедергісінің жоғары нәтижесі болып табылады. Нәтижесінде кристаллдың жоғары температурасы кезінде өте аз ағып кету тогы (200°С кезінде 700мка кем) кедергіден тыс термоэлектрлік эмиссияны төмендетеді.
3. Sic жоғары жылу өткізгіштігі кристалдың жылу төзімділігін төмендетеді (Si-диодтармен салыстырғанда — екі есе дерлік).
4. Кремний карбиді негізіндегі аспаптардың электрондық қасиеттері уақыт өте тұрақты және өнімнің жоғары сенімділігін қамтамасыз ететін температураға әлсіз тәуелді.
5. Кремний карбиді қатты радиацияға өте төзімді, оның әсері кристалдың электрондық қасиеттерінің тозуына әкелмейді.
6. Кристалдың жоғары Жұмыс температурасы (600 ° С астам) қатты пайдалану жағдайлары мен арнайы қолдану үшін жоғары сенімді құралдарды құруға мүмкіндік береді.
7. Кремний карбиді Дебидің жоғары температурасын шығарады, ол сыртқы әсерлерге төзімділігін сипаттайды.

[pic 2]

                                2-сурет

SiC -кремний карбидінің химиялық формуласы кең ауқымды материалдардың отбасын біріктіреді және наноқұрылымды қабатты болып табылады, макроскопиялық қасиеттері қабаттардың өзара орналасуына, яғни олардың кезектілігі мен аудару кезеңіне байланысты болатын жартылай өткізгіш.