Многие составные материалы демонстрируют полиморфизм , то есть они могут существовать в различных структурах, называемых полиморфами. Карбид кремния (SiC) является уникальным в этом отношении, поскольку к 2006 году было идентифицировано более 250 полиморфов карбида кремния [1], причем некоторые из них имели постоянную решетки до 301,5 нм, что примерно в тысячу раз больше обычного шага решетки SiC. . [2]
Полиморфы SiC включают различные аморфные фазы, наблюдаемые в тонких пленках и волокнах [3], а также большое семейство подобных кристаллических структур, называемых политипами . Это разновидности одного и того же химического соединения , которые идентичны в двух измерениях и различаются 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 какоксид цинка и сульфид кадмия .
Категоризация политипов [ править ]
Для каталогизации огромного количества 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.
Используя эти элементы A, B, C, мы можем построить любой 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 вюрцита и состоит только из элементов A и B, уложенных друг на друга 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 [ править ]
Различные политипы обладают самыми разными физическими свойствами. 3C-SiC имеет самую высокую подвижность электронов и скорость насыщения из-за пониженного рассеяния фононов в результате более высокой симметрии . Ширина запрещенной зонысильно различаются среди политипов в диапазоне 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 разработаны в достаточной степени, то гетеропереходы различных политипов SiC могут быть приготовлены и применены в электронных устройствах. [5]
Резюме политипов [ править ]
Все символы в структурах SiC имеют определенное значение: цифра 3 в 3C-SiC относится к трехдислойной периодичности укладки (ABC), а буква C обозначает кубическую симметрию кристалла. 3C-SiC - единственный возможный кубический политип. Последовательность укладки вюрцита ABAB ... обозначается как 2H-SiC, что указывает на ее двухдислойную периодичность укладки и гексагональную симметрию. Эта периодичность увеличивается в два и в три раза в политипах 4H- и 6H-SiC. Семейство ромбоэдрических политипов обозначено R, например 15R-SiC.
| Политип | Космическая группа | Z | Символ Пирсона | SgNo | а ( Å ) | с ( Å ) | Ширина запрещенной зоны ( эВ ) | Гексагональность (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 3C | Т 2 д -F43m | 2 | cF8 | 216 | 4,3596 | 4,3596 | 2.3 | 0 |
| 2H | С 4 6v -P6 3 тс | 4 | hP4 | 186 | 3,0730 | 5,0480 | 3.3 | 100 |
| 4H | С 4 6v -P6 3 тс | 8 | hP8 | 186 | 3,0730 | 10,053 | 3,2 | 50 |
| 6H | С 4 6v -P6 3 тс | 12 | HP12 | 186 | 3,0730 | 15.11 | 3.0 | 33,3 |
| 8H | С 4 6v -P6 3 тс | 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 год | 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 | C 5 3v -R3m | 15 | 30 грн. | 160 | 3,073 | 37,7 | 3.0 | 40 |
| 21R | C 5 3v -R3m | 21 год | hR42 | 160 | 3,073 | 52,89 | 2,85 | 28,5 |
| 24R | C 5 3v -R3m | 24 | 48 грн. | 160 | 3,073 | 60,49 | 2,73 | 25 |
| 27R | C 5 3v -R3m | 27 | 54 грн. | 160 | 3,073 | 67,996 | 2,73 | 44 |
| 33R | C 5 3v -R3m | 33 | 66 грн. | 160 | 3,073 | 83,11 | 36,3 | |
| 45R | C 5 3v -R3m | 45 | 90 грн. | 160 | 3,073 | 113,33 | 40 | |
| 51R | C 5 3v -R3m | 51 | 102 грн. | 160 | 3,073 | 128,437 | 35,3 | |
| 57R | C 5 3v -R3m | 57 | hR114 | 160 | 3,073 | 143,526 | ||
| 66R | C 5 3v -R3m | 66 | 132 грн. | 160 | 3,073 | 166,188 | 36,4 | |
| 75R | C 5 3v -R3m | 75 | 150 грн. | 160 | 3,073 | 188,88 | ||
| 84R | C 5 3v -R3m | 84 | 168 ч. р. | 160 | 3,073 | 211 544 | ||
| 87R | C 5 3v -R3m | 87 | hR174 | 160 | 3,073 | 219,1 | ||
| 93R | C 5 3v -R3m | 93 | 186 грн. | 160 | 3,073 | 234,17 | ||
| 105R | C 5 3v -R3m | 105 | 210 рупий | 160 | 3,073 | 264,39 | ||
| 111R | C 5 3v -R3m | 111 | hR222 | 160 | 3,073 | 279,5 | ||
| 120р | C 5 3v -R3m | 120 | 240 грн. | 160 | 3,073 | 302,4 | ||
| 141R | C 5 3v -R3m | 141 | hR282 | 160 | 3,073 | 355,049 | ||
| 189R | C 5 3v -R3m | 189 | hR378 | 160 | 3,073 | 476,28 | ||
| 393R | C 5 3v -R3m | 393 | 786 грн. | 160 | 3,073 | 987,60 |
См. Также [ править ]
- Волокна карбида кремния
Ссылки [ править ]
- ^ Ребекка Чунг (2006). Микроэлектромеханические системы из карбида кремния для тяжелых условий эксплуатации . Imperial College Press. п. 3. ISBN 1-86094-624-0.
- ^ JF Келли; и другие. (2005). «Корреляция между толщиной слоя и периодичностью длинных политипов в карбиде кремния» (PDF) . Бюллетень материаловедения . 40 (2): 249–255. DOI : 10.1016 / j.materresbull.2004.10.008 .
- ^ Laine, Ричард М. (1993). «Пути прекерамического полимера к карбиду кремния». Химия материалов . 5 (3): 260–279. DOI : 10.1021 / cm00027a007 .
- ^ Ramsdell LS, "Исследования карбида кремния" Am. Минеральная. 32, (1945), с.64-82
- ^ а б Моркоч, Х. (1994). «Технология полупроводников на основе широкозонного SiC, нитрида III-V и ZnSe II-VI». Журнал прикладной физики . 76 (3): 1363. Bibcode : 1994JAP .... 76.1363M . DOI : 10.1063 / 1.358463 .
- ^ «Свойства карбида кремния (SiC)» . Иоффе . Проверено 6 июня 2009 .
- Перейти ↑ Yoon-Soo Park, Willardson, Eicke R Weber (1998). SiC материалы и устройства . Академическая пресса. С. 1–18. ISBN 0-12-752160-7.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ С. Адачи (1999). Оптические константы кристаллических и аморфных полупроводников: числовые данные и графическая информация . Springer. ISBN 0-7923-8567-5.
- ^ WJ Choyke, Хироюки Мацуны, Герхард Pensl (2003). Карбид кремния: последние достижения . Springer. п. 430. ISBN 3-540-40458-9.CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ Накашима, S (1991). «Профили интенсивности комбинационного рассеяния и структура упаковки в политипах SiC». Твердотельные коммуникации . 80 (1): 21–24. Bibcode : 1991SSCom..80 ... 21N . DOI : 10.1016 / 0038-1098 (91) 90590-R .
Внешние ссылки [ править ]
- Краткая история карбида кремния Доктор Дж. Ф. Келли, Лондонский университет
- Паспорт безопасности материала карбида кремния
