Введение - Изоморфизм и варизонные структуры карбида кремния

Актуальность Темы. Карбид кремния SiC - единственный материал среди соединений элементов IV группы Периодической системы Д. И. Менделеева обладающий полупроводниковыми свойствам1. Он является изоэлектронным аналогом простых полупроводников - германия, кремния и т. д.

Карбид кремния SiC (техническое название - карборунд, минерал - муассанит) кристаллизуется в виде большого числа отличающихся по свойствам политипных модификаций, которые можно рассматривать как целый класс полупроводниковых материалов.

Химическое соединение кремния Si и углерода Cв решетке карбида кремния характеризуется сильной ионно-ковалентной связью, которая придает ему уникальные физические свойства.

Так, по твердости карбид кремния уступает лишь алмазу и карбиду бора; при температурах до 300-4000С он практически не взаимодействует ни с одним из известных травителей для других полупроводниковых материалов.

Сильная связь является причиной низких коэффициентов диффузии большинства примесей и повышенной устойчивоcти к воздейcтвию ионизирующих излучений. Как полупроводник, карбид кремния обладает уникальным cочетанием cвойcтв оcобо привлекательных для приборных применений.

С одной стороны, - это большая ширина запрещенной зоны (от 2,4 до 3,3 эВ для разных политипов), высокая температура Дебая (1300К), высокая теплопроводность. (3-5 Вт/см-град), большая напряженность поля лавинного пробоя, (3-6 МВ/см), высокая насыщенная скорость дрейфа электронов (2-107См/с).

С другой стороны, это высокая растворимость донорных и акцепторных примесей (1020-1021 см-3), высокая однородность и способность к окислению с образованием на поверхности диэлектрической пленки двуокиси кремнияSiO2 (что является очень важным для применения карбида кремния в качестве базового материала при изготовлении интегральных схем) [1].

Карбид кремния можно считать родоначальником большого семейства политипных соединений: сам термин "политипизм" был специально введен для карборунда, вследствие того, что различные кристаллические фoрмы SiC структурнo очень близки друг к другу. В настоящее время известно свыше 140 кристаллических модификаций SiC.

Все известные политипы карбида кремния кристаллизуются по законам плотной шаровой упаковки и представляют собой бинарные структуры, построенные из идентичных слоев, отличающихся как порядком расположения кубической и гексагональной прослоек, так и числом этих прослоек в элементарной ячейке.

Для характеристики политипа часто используют обозначения Рамсделла, состоящие из натурального числа, равного числу слоев в периоде, в направлении, перпендикулярном базовой плоскости, и буквенного символа, характеризующего сингонию решетки Браве: С-кубическая, Н-гексагональная, R-ромбоэдрическая.

Наиболее распространенными являются политипы 2Н, 4Н, 6Н, 3С, 15R. В настоящее время не существует удовлетворительной во всех отношениях теории, способной объяснить, почему SiC кристаллизуется в виде большого количества политипов. полиморфный карбид кремний кристаллография

Нет полной ясности и в том, какие факторы благоприятствуют образованию того или иного политипа.

Политипы карбида кремния имеют довольно сложную структуру энергетических зон.

Детальные расчеты энергетической зонной структуры проведены только для наиболее простых политипов 3С (структура сфалерита) и 2Н (структура вюрцита), имеющих в элементарной ячейке наименьшее количество атомов и составляющих основу всех остальных политипов

В настоящее время во многих областях техники и технологий существует большая потребность в тонкопленочных полупроводниковых покрытиях, стойких к воздействию высокой температуры, радиации, агрессивных сред, а также потребность в новых фото - и люминесцентно активных полупроводниковых материалах.

Цель работы. Основной целью квалификационной работы является изучение полиморфизма карбида кремния и получение варизонных структур на их основе, анализ их структуры.

Похожие статьи




Введение - Изоморфизм и варизонные структуры карбида кремния

Предыдущая | Следующая