Полиморфы карбида кремния - Polymorphs of silicon carbide

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

Структура 3C

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

Основная статья: Карбид кремния

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.

Свойства основных политипов SiC^{[6][7][8][9][10]} «Z» - количество атомов в элементарной ячейке, «SgNo» - номер пространственной группы, а и c находятся постоянные решетки

Политип	Космическая группа	Z	Символ Пирсона	SgNo	а (Å )	c (Å )	Запрещенная зона (эВ )	Гексагональность (%)
3C	Т^2d-F43m	2	cF8	216	4.3596	4.3596	2.3	0
2H	C^46v-P63MC	4	hP4	186	3.0730	5.0480	3.3	100
4H	C^46v-P63MC	8	hP8	186	3.0730	10.053	3.2	50
6H	C^46v-P63MC	12	HP12	186	3.0730	15.11	3.0	33.3
8H	C^46v-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	C^53в-R3m	15	30 грн.	160	3.073	37.7	3.0	40
21R	C^53в-R3m	21	hR42	160	3.073	52.89	2.85	28.5
24R	C^53в-R3m	24	48 грн.	160	3.073	60.49	2.73	25
27R	C^53в-R3m	27	54 грн.	160	3.073	67.996	2.73	44
33R	C^53в-R3m	33	66 грн.	160	3.073	83.11		36.3
45R	C^53в-R3m	45	90 грн.	160	3.073	113.33		40
51R	C^53в-R3m	51	102 грн.	160	3.073	128.437		35.3
57R	C^53в-R3m	57	hR114	160	3.073	143.526
66R	C^53в-R3m	66	132 грн.	160	3.073	166.188		36.4
75R	C^53в-R3m	75	150 грн.	160	3.073	188.88
84R	C^53в-R3m	84	168 грн.	160	3.073	211.544
87R	C^53в-R3m	87	hR174	160	3.073	219.1
93R	C^53в-R3m	93	186 грн.	160	3.073	234.17
105R	C^53в-R3m	105	210 рупий	160	3.073	264.39
111R	C^53в-R3m	111	hR222	160	3.073	279.5
120р	C^53в-R3m	120	240 грн.	160	3.073	302.4
141R	C^53в-R3m	141	hR282	160	3.073	355.049
189R	C^53в-R3m	189	hR378	160	3.073	476.28
393R	C^53в-R3m	393	786 грн.	160	3.073	987.60

Смотрите также

• Волокна карбида кремния

использованная литература

1. Ребекка Чунг (2006). Микроэлектромеханические системы из карбида кремния для тяжелых условий эксплуатации. Imperial College Press. п. 3. ISBN  1-86094-624-0.
2. 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.
3. Лайне, Ричард М. (1993). «Пути прекерамического полимера к карбиду кремния». Химия материалов. 5 (3): 260–279. Дои:10.1021 / см 00027a007.
4. Рамсделл Л.С., "Исследования карбида кремния" Am. Минеральная. 32, (1945), с.64-82
5. 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.
6. «Свойства карбида кремния (SiC)». Иоффе. Получено 2009-06-06.
7. Юн-Су Пак, Уиллардсон, Эйке Р. Вебер (1998). SiC материалы и устройства. Академическая пресса. С. 1–18. ISBN  0-12-752160-7.
8. С. Адачи (1999). Оптические константы кристаллических и аморфных полупроводников: числовые данные и графическая информация. Springer. ISBN  0-7923-8567-5.
9. В. Дж. Чойк, Хироюки Мацунами, Герхард Пенсл (2003). Карбид кремния: последние достижения. Springer. п. 430. ISBN  3-540-40458-9.
10. 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