Egitura ezberdineko SiC kristalen arteko desberdintasunak

Silizio karburoa (SiC)egonkortasun termiko, fisiko eta kimiko aparteko materiala da, ohiko materialen ezaugarrietatik haratago doazen propietateak dituena. Bere eroankortasun termikoa 84W/(m·K) harrigarria da, kobrea baino handiagoa ez ezik silizioa baino hiru aldiz handiagoa ere. Horrek erakusten du kudeaketa termikoko aplikazioetan erabiltzeko duen ahalmen izugarria. SiC-ren banda-aldea silizioarena baino hiru aldiz handiagoa da gutxi gorabehera, eta bere matxura eremu elektrikoaren indarra silizioa baino magnitude ordena handiagoa da. Horrek esan nahi du SiC-k fidagarritasun eta eraginkortasun handiagoa eman dezakeela tentsio handiko aplikazioetan. Gainera, SiC-k eroankortasun elektriko ona mantentzen du 2000 °C-ko tenperatura altuetan, grafitoaren parekoa dena. Horrek material erdieroale aproposa bihurtzen du tenperatura altuko inguruneetan. SiC-ren korrosioarekiko erresistentzia ere oso nabarmena da. Bere gainazalean eratutako SiO2-ren geruza meheak oxidazio gehiago eragozten du, eta giro-tenperaturan ezagutzen diren agente korrosibo ia guztien aurrean erresistentea da. Horrek ingurune gogorretan aplikatzea bermatzen du.

Kristal-egiturari dagokionez, SiC-ren aniztasuna bere 200 kristal forma desberdinetan islatzen da, atomoak bere kristaletan trinkoki bilduta dauden modu anitzei egotzitako ezaugarria. Kristal-forma asko dauden arren, kristal-forma hauek bi kategoriatan bana daitezke gutxi gorabehera: egitura kubikoa duen β-SiC (zink blendaren egitura) eta α-SiC egitura hexagonala duena (wurtzita egitura). Egitura-aniztasun horrek SiC-ren propietate fisikoak eta kimikoak aberasten ditu, baizik eta ikertzaileei aukera eta malgutasun gehiago eskaintzen dizkie SiC-n oinarritutako material erdieroaleak diseinatzeko eta optimizatzeko orduan.

SiC kristal forma askoren artean, ohikoenen artean daude3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC eta 15R-SiC. Kristal-forma hauen arteko aldea, batez ere, kristal-egituran islatzen da. 3C-SiC, silizio karburo kubiko bezala ere ezaguna, egitura kubiko baten ezaugarriak erakusten ditu eta SiC-ren arteko egiturarik sinpleena da. Egitura hexagonala duen SiC 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC eta beste mota batzuetan bana daiteke antolamendu atomiko desberdinen arabera. Sailkapen hauek atomoak kristalaren barruan pilatzeko modua islatzen dute, baita sarearen simetria eta konplexutasuna ere.

Banda hutsunea material erdieroaleek funtziona dezaketen tenperatura-tartea eta tentsio-maila zehazten dituen funtsezko parametroa da. SiC-ren hainbat kristal formen artean, 2H-SiC-k 3,33 eV-ko banda zabalera handiena du, muturreko baldintzetan duen egonkortasun eta errendimendu bikaina adierazten duena; 4H-SiC-k gertutik jarraitzen du, 3,26 eV-ko banda-zabalerarekin; 6H-SiC-k 3,02 eV-ko banda-aldea apur bat txikiagoa du, eta 3C-SiC-k, berriz, 2,39 eV-ko banda baxuena, tenperatura eta tentsio baxuagoetan gehiago erabiltzen da.

Zuloen masa eraginkorra materialen zuloen mugikortasunean eragiten duen faktore garrantzitsua da. 3C-SiC-ren zulo-masa eraginkorra 1,1 m0 da, hau da, nahiko baxua da, eta bere zuloaren mugikortasuna ona dela adierazten du. 4H-SiC-ren zuloko masa eraginkorra 1,75 m0-koa da egitura hexagonalaren oinarri-planoan eta 0,65 m0-koa oinarri-planoarekiko perpendikularra denean, bere propietate elektrikoen aldea norabide ezberdinetan erakutsiz. 6H-SiC-ren zulo-masa eraginkorra 4H-SiC-ren antzekoa da, baina orokorrean pixka bat txikiagoa, eta horrek eragina du bere garraiolarien mugikortasunean. Elektroiaren masa eraginkorra 0,25-0,7m0 bitartekoa da, kristal-egitura zehatzaren arabera.

Eramaileen mugikortasuna material baten barruan elektroiak eta zuloak zenbateraino mugitzen diren neurtzen du. 4H-SiC-k ondo funtzionatzen du zentzu honetan. Bere zuloa eta elektroien mugikortasuna 6H-SiC baino nabarmen handiagoa da, eta horrek 4H-SiC errendimendu hobea egiten du potentziako gailu elektronikoetan.

Performance integralaren ikuspegitik, kristal forma bakoitzaSiCabantaila bereziak ditu. 6H-SiC gailu optoelektronikoak fabrikatzeko egokia da bere egitura-egonkortasuna eta lumineszentzia propietate onak direla eta.3C-SiCmaiztasun handiko eta potentzia handiko gailuetarako egokia da, elektroien desplazamendu saturatuen abiadura handia dela eta. 4H-SiC potentziako gailu elektronikoetarako aukera ezin hobea bihurtu da elektroien mugikortasun handiagatik, erresistentzia baxuagatik eta korronte dentsitate handiagatik. Izan ere, 4H-SiC ez da hirugarren belaunaldiko material erdieroalea errendimendu onena, merkaturatze-maila handiena eta teknologiarik helduena duena, baita potentzia erdieroaleen gailuak presio handiko eta goi-mailako gailuak fabrikatzeko material hobetsia ere. tenperatura eta erradiazioarekiko erresistenteak diren inguruneak.