သတင်း - ဆီလီကွန်ကာဗိုက်၏ တည်ဆောက်ပုံနှင့် ကြီးထွားမှုနည်းပညာ

ပထမဦးစွာ SiC crystal ၏ဖွဲ့စည်းပုံနှင့်ဂုဏ်သတ္တိများ.

SiC သည် 1:1 အချိုးတွင် Si ဒြပ်စင်နှင့် C ဒြပ်စင်ဖြင့် ဖွဲ့စည်းထားသည့် ဒွိဒြပ်ပေါင်းဖြစ်ပြီး၊ ဆိုလိုသည်မှာ 50% ဆီလီကွန် (Si) နှင့် 50% ကာဗွန် (C) ဖြစ်ပြီး ၎င်း၏ အခြေခံဖွဲ့စည်းပုံယူနစ်မှာ SI-C tetrahedron ဖြစ်သည်။

ဆီလီကွန်ကာဗိုက် tetrahedron တည်ဆောက်ပုံ ဇယားကွက်

ဥပမာအားဖြင့်၊ Si အက်တမ်များသည် ပန်းသီးတစ်လုံးနှင့်ညီမျှသော အချင်းကြီးမားပြီး C အက်တမ်များသည် အချင်းသေးငယ်ကာ လိမ္မော်သီးတစ်လုံးနှင့် ညီမျှပြီး SiC ပုံဆောင်ခဲအဖြစ် တူညီသော လိမ္မော်သီးနှင့် ပန်းသီးများကို အရေအတွက် တူညီစွာ စုပုံထားသည်။

SiC သည် Si-Si ဘွန်းအက်တမ်အကွာအဝေး 3.89 A ရှိသည့် ဒွိဒြပ်ပေါင်းဖြစ်ပြီး၊ ဤအကွာအဝေးကို မည်သို့နားလည်နိုင်မည်နည်း။ လက်ရှိတွင်၊ စျေးကွက်ရှိ အကောင်းမွန်ဆုံးသော lithography စက်သည် 3nm အကွာအဝေးဖြစ်သည့် 3nm ၏ lithography တိကျမှုရှိပြီး၊ lithography တိကျမှုသည် atomic အကွာအဝေးထက် 8 ဆဖြစ်သည်။

Si-Si နှောင်ကြိုးစွမ်းအင်သည် 310 kJ/mol ဖြစ်သည်၊ ထို့ကြောင့် နှောင်ကြိုးစွမ်းအင်သည် ဤအက်တမ်နှစ်ခုကို ခွဲထုတ်သည့် တွန်းအားဖြစ်ပြီး၊ နှောင်ကြိုးစွမ်းအင် ကြီးလေလေ၊ ခွဲထုတ်ရန် လိုအပ်သည့် တွန်းအား ပိုများလေဖြစ်ကြောင်း သင်နားလည်နိုင်ပါသည်။

ဆီလီကွန်ကာဗိုက် tetrahedron တည်ဆောက်ပုံ ဇယားကွက်

အရာဝတ္ထုတိုင်းသည် အက်တမ်များနှင့်ဖွဲ့စည်းထားကြောင်း ကျွန်ုပ်တို့သိကြပြီး၊ ပုံဆောင်ခဲတစ်ခု၏ဖွဲ့စည်းပုံမှာ အောက်ပါကဲ့သို့ တာဝေးအစီအစဥ်ဟုခေါ်သော အက်တမ်များ၏ပုံမှန်အစီအစဉ်တစ်ခုဖြစ်သည်။ အသေးငယ်ဆုံးသော ပုံဆောင်ခဲယူနစ်ကို ဆဲလ်ဟုခေါ်သည်၊ ဆဲလ်သည် ကုဗပုံသဏ္ဍာန်ဖြစ်ပါက ၎င်းကို close-packed cubic ဟုခေါ်သည်၊ ဆဲလ်သည် ဆဋ္ဌဂံပုံသဏ္ဍာန်ဖြစ်ပြီး ၎င်းကို close-packed ဆဋ္ဌဂံဟုခေါ်သည်။

အဖြစ်များသော SiC ပုံဆောင်ခဲ အမျိုးအစားများ တွင် 3C-SiC၊ 4H-SiC၊ 6H-SiC၊ 15R-SiC စသည်တို့ ပါဝင်ပါသည်။ ၎င်းတို့ ၏ စီတန်းကို c ဝင်ရိုး ဦးတည်ချက် တွင် ပုံတွင် ပြထားသည်။

၎င်းတို့အနက် 4H-SiC ၏ အခြေခံ stacking sequence သည် ABCB... ; 6H-SiC ၏ အခြေခံ stacking sequence သည် ABCACB... ; 15R-SiC ၏ အခြေခံ stacking sequence သည် ABCACBCABACABCB....

အိမ်ဆောက်ရန် အုတ်အဖြစ် ရှုမြင်နိုင်သည်၊ အချို့အိမ်အုတ်များတွင် နေရာသုံးနည်း၊ အချို့မှာ လေးလမ်းရှိ၊ အချို့မှာ ခြောက်လမ်းရှိသည်။
ဤအသုံးများသော SiC ပုံဆောင်ခဲအမျိုးအစားများ၏ အခြေခံဆဲလ်ဘောင်များကို ဇယားတွင် ပြထားသည်-

a,b,c နဲ့ angles က ဘာကိုဆိုလိုတာလဲ။ SiC တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးတာရှိ အသေးငယ်ဆုံး ယူနစ်ဆဲလ်များ၏ ဖွဲ့စည်းပုံကို အောက်ပါအတိုင်း ဖော်ပြထားပါသည်။

ဆဲလ်တစ်ခုတည်းတွင်၊ ပုံသဏ္ဍာန်ဖွဲ့စည်းပုံမှာလည်း ကွဲပြားလိမ့်မည်၊ ၎င်းသည် ကျွန်ုပ်တို့ ထီဝယ်သကဲ့သို့ပင်၊ အနိုင်ရသောနံပါတ်မှာ ၁၊ ၂၊ ၃၊ သင် ၁၊ ၂၊ ၃ နံပါတ်သုံးလုံးကို ဝယ်သော်လည်း နံပါတ်ကို စီထားလျှင်၊ ကွဲပြားစွာ၊ အနိုင်ရသည့်ပမာဏသည် ကွဲပြားသည်၊ ထို့ကြောင့် တူညီသောပုံဆောင်ခဲ၏ အစီအစဥ်ကို တူညီသောပုံဆောင်ခဲဟု ခေါ်နိုင်သည်။
အောက်ဖော်ပြပါပုံသည် ပုံမှန် stacking mode နှစ်ခုကို ပြသသည်၊ အထက်အက်တမ်များ၏ stacking mode တွင်သာ ကွာခြားသည်၊ crystal structure သည် ကွဲပြားပါသည်။

SiC ဖြင့်ဖွဲ့စည်းထားသော crystal structure သည် အပူချိန်နှင့် ပြင်းထန်စွာဆက်စပ်နေသည်။ မြင့်မားသောအပူချိန် 1900~2000 ℃၏လုပ်ဆောင်ချက်အောက်တွင်၊ 3C-SiC သည် ၎င်း၏ဖွဲ့စည်းပုံဆိုင်ရာတည်ငြိမ်မှုညံ့ဖျင်းသောကြောင့် 6H-SiC ကဲ့သို့သော ဆဋ္ဌဂံ SiC ပေါ်လီပုံစံအဖြစ်သို့ တဖြည်းဖြည်းပြောင်းလဲသွားပါမည်။ SiC polymorphs များနှင့် အပူချိန်များ ဖြစ်ပေါ်လာနိုင်ခြေနှင့် 3C-SiC ကိုယ်တိုင် မတည်မငြိမ်ဖြစ်နိုင်ခြေတို့အကြား ခိုင်မာသောဆက်စပ်မှုရှိခြင်းကြောင့် 3C-SiC ၏ ကြီးထွားနှုန်းသည် တိုးတက်ရန်ခက်ခဲပြီး ပြင်ဆင်မှုမှာလည်း ခက်ခဲပါသည်။ 4H-SiC နှင့် 6H-SiC တို့၏ ဆဋ္ဌဂံစနစ်သည် အသုံးအများဆုံးနှင့် ပြင်ဆင်ရလွယ်ကူပြီး ၎င်းတို့၏ကိုယ်ပိုင်လက္ခဏာများကြောင့် ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့် လေ့လာကြသည်။

SiC crystal ရှိ SI-C နှောင်ကြိုး၏နှောင်ကြိုးအရှည်မှာ 1.89A သာရှိသော်လည်း ပေါင်းစပ်စွမ်းအင်သည် 4.53eV အထိ မြင့်မားသည်။ ထို့ကြောင့်၊ bonding state နှင့် anti-bonding state အကြား စွမ်းအင်အဆင့် ကွာဟချက်သည် အလွန်ကြီးမားပြီး Si နှင့် GaA များထက် အဆများစွာ ကျယ်ပြန့်သော band ကွာဟချက်ကို ဖွဲ့စည်းနိုင်သည်။ မြင့်မားသော band gap width သည် အပူချိန်မြင့်သော crystal structure သည် တည်ငြိမ်သည်ဟု ဆိုလိုသည်။ ဆက်စပ်ပါဝါအီလက်ထရွန်းနစ်ပစ္စည်းများသည် မြင့်မားသောအပူချိန်တွင် တည်ငြိမ်သောလုပ်ဆောင်မှု၏ဝိသေသလက္ခဏာများကို သိရှိနိုင်ပြီး ရိုးရှင်းသောအပူအငွေ့ပျံခြင်းဖွဲ့စည်းပုံကို သိရှိနိုင်သည်။

Si-C နှောင်ကြိုး၏ တင်းကျပ်စွာ ချည်နှောင်ခြင်းသည် ရာဇမတ်ကွက်ကို တုန်ခါမှုကြိမ်နှုန်းမြင့်မားစေသည်၊ ဆိုလိုသည်မှာ SiC crystal သည် မြင့်မားသော saturated electron နှင့် thermal conductivity ရှိပြီး ဆက်စပ်ပါဝါ အီလက်ထရွန်နစ်ကိရိယာများ ပါ၀င်သည် ။ မြင့်မားသော switching speed နှင့် ယုံကြည်စိတ်ချရမှု၊ စက်ပစ္စည်းအပူချိန်လွန်ကဲမှု ချို့ယွင်းမှုအန္တရာယ်ကို လျှော့ချပေးသည်။ ထို့အပြင်၊ SiC ၏ပိုမိုမြင့်မားသောပြိုကွဲမှုနယ်ပယ်အားကောင်းမှုသည်၎င်းကိုပိုမိုမြင့်မားသော doping အာရုံစူးစိုက်မှုရရှိစေရန်နှင့် on-resistance နည်းပါးစေသည်။

ဒုတိယ၊ SiC crystal ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုသမိုင်း

1905 ခုနှစ်တွင် ဒေါက်တာ Henri Moissan သည် မီးတောင်ဝတွင် သဘာဝ SiC ပုံဆောင်ခဲတစ်ခုကို ရှာဖွေတွေ့ရှိခဲ့ပြီး ၎င်းတွေ့ရှိခဲ့သည့် စိန်တစ်လုံးနှင့် ဆင်တူသည့် Mosan Diamond ဟု အမည်ပေးခဲ့သည်။

တကယ်တော့ 1885 ခုနှစ်အစောပိုင်းမှာ Acheson ဟာ coke ကို silica နဲ့ ရောစပ်ပြီး လျှပ်စစ်မီးဖိုထဲမှာ အပူပေးခြင်းဖြင့် SiC ကို ရရှိခဲ့ပါတယ်။ ထိုအချိန်က လူတွေက ၎င်းကို စိန်အရောအနှောများဟု အထင်မှားကာ emery ဟုခေါ်ကြသည်။

1892 ခုနှစ်တွင် Acheson သည် ပေါင်းစပ်မှုလုပ်ငန်းစဉ်ကို မြှင့်တင်ခဲ့ပြီး quartz သဲ၊ coke၊ သစ်သားချစ်ပ်များနှင့် NaCl အနည်းငယ်တို့ကို ရောစပ်ကာ 2700 ℃ to electric arc furnace တွင် အပူပေးကာ scaly SiC crystal များကို အောင်မြင်စွာရရှိခဲ့သည်။ SiC crystals များကို ပေါင်းစပ်ခြင်းနည်းလမ်းကို Acheson နည်းလမ်းဟု လူသိများပြီး စက်မှုလုပ်ငန်းတွင် SiC abrasives ထုတ်လုပ်ခြင်း၏ ပင်မနည်းလမ်းအဖြစ် ရှိနေဆဲဖြစ်သည်။ ဓာတုကုန်ကြမ်းများ၏ သန့်စင်မှုနည်းခြင်းနှင့် ကြမ်းကြမ်းတမ်းတမ်းပေါင်းစပ်ခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်ကြောင့် Acheson နည်းလမ်းသည် SiC အညစ်အကြေးများကို ပိုမိုထုတ်လုပ်ပေးသည်၊ ၎င်းသည် ကြီးမားသောအရွယ်အစား၊ သန့်စင်မှုနှင့် မြင့်မားမှုအတွက် ကြီးမားသော၊ သန့်ရှင်းမှုနှင့် မြင့်မားမှုအတွက် တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးစက်လုပ်ငန်း၏ လိုအပ်ချက်များနှင့် ပြည့်မီရန် ခက်ခဲသောပုံဆောင်ခဲ၏ ခိုင်မာမှု၊ - အရည်အသွေးပြည့်မီသော crystals များ နှင့် အီလက်ထရွန်းနစ်ပစ္စည်းများ ထုတ်လုပ်ရာတွင် အသုံးမပြုနိုင်ပါ။

Philips ဓာတ်ခွဲခန်းမှ Lely သည် 1955 ခုနှစ်တွင် SiC တစ်ခုတည်းသောပုံဆောင်ခဲများ ကြီးထွားလာစေရန် နည်းလမ်းအသစ်ကို အဆိုပြုခဲ့သည်။ ဤနည်းလမ်းတွင် ဂရပ်ဖိုက်ကို ကြီးထွားသင်္ဘောအဖြစ် အသုံးပြုကာ SiC အမှုန့်သလင်းကျောက်ကို SiC ပုံဆောင်ခဲများ ကြီးထွားလာစေရန် ကုန်ကြမ်းအဖြစ် အသုံးပြုကာ porous graphite ကို ခွဲထုတ်ရန် အသုံးပြုပါသည်။ ကြီးထွားလာသော ကုန်ကြမ်း၏ အလယ်ဗဟိုမှ အခေါင်းပေါက်တစ်ခု။ ကြီးထွားလာသောအခါတွင် ဂရပ်ဖိုက် crucible သည် Ar သို့မဟုတ် H2 ၏လေထုအောက်တွင် 2500 ℃အထိအပူပေးပြီး၊ အရံ SiC အမှုန့်သည် Si နှင့် C အငွေ့အဆင့်အရာများအဖြစ်သို့ ပြိုကွဲသွားကာ SiC crystal သည် ဓာတ်ငွေ့ပြီးနောက် အလယ်အခေါင်းပေါက်ဒေသတွင် ကြီးထွားလာသည်။ စီးဆင်းမှုသည် porous graphite မှတဆင့်ကူးစက်သည်။

တတိယ၊ SiC crystal တိုးတက်မှုနည်းပညာ

SiC ၏ တစ်ခုတည်းသော ပုံဆောင်ခဲ ကြီးထွားမှုသည် ၎င်း၏ ကိုယ်ပိုင်လက္ခဏာများကြောင့် ခက်ခဲသည်။ ၎င်းမှာ လေထုဖိအားတွင် Si: C = 1:1 ၏ stoichiometric အချိုးဖြင့် အရည်အဆင့်မရှိသောကြောင့်ဖြစ်ပြီး၊ ၎င်းကို ဆီမီးကွန်ဒတ်တာ၏ လက်ရှိပင်မကြီးထွားမှုလုပ်ငန်းစဉ်တွင် အသုံးပြုသည့် ပိုမိုရင့်ကျက်သောကြီးထွားမှုနည်းလမ်းများဖြင့် ၎င်းကို ကြီးထွားမှုမပြုနိုင်ခြင်းကြောင့်ဖြစ်သည်။ စက်မှုလုပ်ငန်း - cZ နည်းလမ်း, ယ္ခု crucible နည်းလမ်းနှင့်အခြားနည်းလမ်းများ။ သီအိုရီတွက်ချက်မှုအရ ဖိအားသည် 10E5atm ထက် ကြီးနေပြီး အပူချိန် 3200 ℃ ထက်မြင့်မှသာ Si: C = 1:1 solution ၏ stoichiometric ratio ကို ရရှိနိုင်သည်။ ဤပြဿနာကို ကျော်လွှားရန်အတွက် သိပ္ပံပညာရှင်များသည် မြင့်မားသောသလင်းကျောက်အရည်အသွေး၊ ကြီးမားသောအရွယ်အစားနှင့် စျေးပေါသော SiC ပုံဆောင်ခဲများရရှိရန် နည်းလမ်းအမျိုးမျိုးကို အဆိုပြုရန် မဆုတ်မနစ်ကြိုးပမ်းအားထုတ်ခဲ့ကြသည်။ လက်ရှိတွင် အဓိကနည်းလမ်းများမှာ PVT နည်းလမ်း၊ အရည်အဆင့်နည်းလမ်းနှင့် အပူချိန်မြင့်သော အခိုးအငွေ့ ဓာတုပစ္စည်း စုဆောင်းနည်းတို့ဖြစ်သည်။

စာတိုက်အချိန်- Jan-24-2024

ဆီလီကွန်ကာဗိုက် (Ⅰ) တည်ဆောက်ပုံနှင့် ကြီးထွားမှုနည်းပညာ