كرېمنىي كاربدنىڭ قۇرۇلمىسى ۋە ئۆسۈش تېخنىكىسى (Ⅰ)

بىرىنچى ، SiC كىرىستالنىڭ قۇرۇلمىسى ۋە خۇسۇسىيىتى.

SiC بولسا Si ئېلېمېنتى ۋە C ئېلېمېنتى 1: 1 نىسبەتتە شەكىللەنگەن ئىككىلىك بىرىكمە ، يەنى% 50 كرېمنىي (Si) ۋە% 50 كاربون (C) ، ئۇنىڭ ئاساسلىق قۇرۇلما بىرلىكى SI-C تېترادرون.

كرېمنىي كاربون تېدرادرون قۇرۇلمىسىنىڭ سىخېما دىئاگراممىسى

 مەسىلەن ، سى ئاتومنىڭ دىئامېتىرى چوڭ ، ئالما بىلەن باراۋەر ، C ئاتومنىڭ دىئامېتىرى كىچىك ، ئاپېلسىنغا باراۋەر ، ئوخشاش مىقداردىكى ئاپېلسىن ۋە ئالما بىر يەرگە دۆۋىلەپ SiC خرۇستال ھاسىل قىلىدۇ.

SiC ئىككىلىك بىرىكمە بولۇپ ، ئۇنىڭدا Si-Si زايوم ئاتوم ئارىلىقى 3.89 A ، بۇ بوشلۇقنى قانداق چۈشىنىش كېرەك؟ ھازىر بازاردىكى ئەڭ ئېسىل تاش مەتبەئە ماشىنىسىنىڭ تاش مەتبەئەنىڭ توغرىلىقى 3nm بولۇپ ، 30A ئارىلىقى ، تاش مەتبەئەنىڭ توغرىلىقى ئاتوم ئارىلىقىنىڭ 8 ھەسسىسىگە تەڭ.

Si-Si زايوم ئېنىرگىيىسى 310 kJ / مول ، شۇڭا سىز زايوم ئېنېرگىيىسىنىڭ بۇ ئىككى ئاتومنى ئايرىۋېتىدىغان كۈچ ئىكەنلىكىنى چۈشىنىۋالالايسىز ، زايوم ئېنېرگىيىسى قانچە چوڭ بولسا ، سىز ئايرىۋېتىشكە ئېھتىياجلىق بولغان كۈچ شۇنچە چوڭ بولىدۇ.

 مەسىلەن ، سى ئاتومنىڭ دىئامېتىرى چوڭ ، ئالما بىلەن باراۋەر ، C ئاتومنىڭ دىئامېتىرى كىچىك ، ئاپېلسىنغا باراۋەر ، ئوخشاش مىقداردىكى ئاپېلسىن ۋە ئالما بىر يەرگە دۆۋىلەپ SiC خرۇستال ھاسىل قىلىدۇ.

SiC ئىككىلىك بىرىكمە بولۇپ ، ئۇنىڭدا Si-Si زايوم ئاتوم ئارىلىقى 3.89 A ، بۇ بوشلۇقنى قانداق چۈشىنىش كېرەك؟ ھازىر بازاردىكى ئەڭ ئېسىل تاش مەتبەئە ماشىنىسىنىڭ تاش مەتبەئەنىڭ توغرىلىقى 3nm بولۇپ ، 30A ئارىلىقى ، تاش مەتبەئەنىڭ توغرىلىقى ئاتوم ئارىلىقىنىڭ 8 ھەسسىسىگە تەڭ.

Si-Si زايوم ئېنىرگىيىسى 310 kJ / مول ، شۇڭا سىز زايوم ئېنېرگىيىسىنىڭ بۇ ئىككى ئاتومنى ئايرىۋېتىدىغان كۈچ ئىكەنلىكىنى چۈشىنىۋالالايسىز ، زايوم ئېنېرگىيىسى قانچە چوڭ بولسا ، سىز ئايرىۋېتىشكە ئېھتىياجلىق بولغان كۈچ شۇنچە چوڭ بولىدۇ.

كرېمنىي كاربون تېدرادرون قۇرۇلمىسىنىڭ سىخېما دىئاگراممىسى

 مەسىلەن ، سى ئاتومنىڭ دىئامېتىرى چوڭ ، ئالما بىلەن باراۋەر ، C ئاتومنىڭ دىئامېتىرى كىچىك ، ئاپېلسىنغا باراۋەر ، ئوخشاش مىقداردىكى ئاپېلسىن ۋە ئالما بىر يەرگە دۆۋىلەپ SiC خرۇستال ھاسىل قىلىدۇ.

SiC ئىككىلىك بىرىكمە بولۇپ ، ئۇنىڭدا Si-Si زايوم ئاتوم ئارىلىقى 3.89 A ، بۇ بوشلۇقنى قانداق چۈشىنىش كېرەك؟ ھازىر بازاردىكى ئەڭ ئېسىل تاش مەتبەئە ماشىنىسىنىڭ تاش مەتبەئەنىڭ توغرىلىقى 3nm بولۇپ ، 30A ئارىلىقى ، تاش مەتبەئەنىڭ توغرىلىقى ئاتوم ئارىلىقىنىڭ 8 ھەسسىسىگە تەڭ.

Si-Si زايوم ئېنىرگىيىسى 310 kJ / مول ، شۇڭا سىز زايوم ئېنېرگىيىسىنىڭ بۇ ئىككى ئاتومنى ئايرىۋېتىدىغان كۈچ ئىكەنلىكىنى چۈشىنىۋالالايسىز ، زايوم ئېنېرگىيىسى قانچە چوڭ بولسا ، سىز ئايرىۋېتىشكە ئېھتىياجلىق بولغان كۈچ شۇنچە چوڭ بولىدۇ.

 مەسىلەن ، سى ئاتومنىڭ دىئامېتىرى چوڭ ، ئالما بىلەن باراۋەر ، C ئاتومنىڭ دىئامېتىرى كىچىك ، ئاپېلسىنغا باراۋەر ، ئوخشاش مىقداردىكى ئاپېلسىن ۋە ئالما بىر يەرگە دۆۋىلەپ SiC خرۇستال ھاسىل قىلىدۇ.

SiC ئىككىلىك بىرىكمە بولۇپ ، ئۇنىڭدا Si-Si زايوم ئاتوم ئارىلىقى 3.89 A ، بۇ بوشلۇقنى قانداق چۈشىنىش كېرەك؟ ھازىر بازاردىكى ئەڭ ئېسىل تاش مەتبەئە ماشىنىسىنىڭ تاش مەتبەئەنىڭ توغرىلىقى 3nm بولۇپ ، 30A ئارىلىقى ، تاش مەتبەئەنىڭ توغرىلىقى ئاتوم ئارىلىقىنىڭ 8 ھەسسىسىگە تەڭ.

Si-Si زايوم ئېنىرگىيىسى 310 kJ / مول ، شۇڭا سىز زايوم ئېنېرگىيىسىنىڭ بۇ ئىككى ئاتومنى ئايرىۋېتىدىغان كۈچ ئىكەنلىكىنى چۈشىنىۋالالايسىز ، زايوم ئېنېرگىيىسى قانچە چوڭ بولسا ، سىز ئايرىۋېتىشكە ئېھتىياجلىق بولغان كۈچ شۇنچە چوڭ بولىدۇ.

بىزگە مەلۇمكى ، ھەر بىر ماددا ئاتومدىن تەركىب تاپقان ، خرۇستالنىڭ قۇرۇلمىسى ئاتومنىڭ دائىملىق ئورۇنلاشتۇرۇشى بولۇپ ، تۆۋەندىكىلەرگە ئوخشاش ئۇزۇن مۇساپىلىك تەرتىپ دەپ ئاتىلىدۇ. ئەڭ كىچىك خرۇستال بىرلىك ھۈجەيرە دەپ ئاتىلىدۇ ، ئەگەر ھۈجەيرە كۇب قۇرۇلمىسى بولسا ، ئۇ يېقىن ئورالغان كۇب دەپ ئاتىلىدۇ ، ھۈجەيرە ئالتە تەرەپلىك قۇرۇلما ، ئۇ يېقىن ئورالغان ئالتە تەرەپلىك دەپ ئاتىلىدۇ.

كۆپ ئۇچرايدىغان SiC خرۇستال تىپلىرى 3C-SiC ، 4H-SiC ، 6H-SiC ، 15R-SiC قاتارلىقلارنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ. ئۇلارنىڭ c ئوق يۆنىلىشىدىكى رەت تەرتىپى رەسىمدە كۆرسىتىلدى.

 

بۇنىڭ ئىچىدە 4H-SiC نىڭ ئاساسىي رەت تەرتىپى ABCB ... 6H-SiC نىڭ ئاساسلىق تىزىش تەرتىپى ABCACB ...; 15R-SiC نىڭ ئاساسلىق تىزىش تەرتىپى ABCACBCABACABCB ....

 

بۇنى ئۆي سېلىشتىكى خىش دەپ قاراشقا بولىدۇ ، ئۆي خىشلىرىنىڭ بەزىلىرىنى قويۇشنىڭ ئۈچ خىل ئۇسۇلى بار ، بەزىلىرىنىڭ تۆت خىل قويۇش ئۇسۇلى بار ، بەزىلىرىنىڭ ئالتە خىل ئۇسۇلى بار.
بۇ كۆپ ئۇچرايدىغان SiC كىرىستال تىپىنىڭ ئاساسلىق ھۈجەيرە پارامېتىرلىرى جەدۋەلدە كۆرسىتىلدى:

A, b, c ۋە بۇلۇڭلار نېمىدىن دېرەك بېرىدۇ؟ SiC يېرىم ئۆتكۈزگۈچتىكى ئەڭ كىچىك بىرلىك ھۈجەيرىسىنىڭ قۇرۇلمىسى مۇنداق تەسۋىرلەنگەن:

ئوخشاش كاتەكچىگە كەلسەك ، خرۇستال قۇرۇلمامۇ ئوخشىمايدۇ ، بۇ بىز لاتارىيە سېتىۋالغانغا ئوخشاش ، مۇكاپاتقا ئېرىشكەن نومۇر 1 ، 2 ، 3 ، سىز 1 ، 2 ، 3 ئۈچ نومۇر سېتىۋالغان ، ئەمما نومۇر رەتلەنگەن بولسا ئوخشىمايدىغان يېرى ، ئۇتۇپ چىققان سومما ئوخشىمايدۇ ، شۇڭا ئوخشاش كىرىستالنىڭ سانى ۋە تەرتىپىنى ئوخشاش خرۇستال دېيىشكە بولىدۇ.
تۆۋەندىكى رەسىمدە ئىككى تىپىك تىزىش ھالىتى كۆرسىتىلدى ، پەقەت ئۈستۈنكى ئاتومنىڭ تىزىش ھالىتىدىكى پەرق ، خرۇستال قۇرۇلما ئوخشىمايدۇ.

SiC تەرىپىدىن شەكىللەنگەن كىرىستال قۇرۇلما تېمپېراتۇرا بىلەن كۈچلۈك مۇناسىۋەتلىك. 1900 ~ 2000 high يۇقىرى تېمپېراتۇرىنىڭ تەسىرىدە ، 3C-SiC قۇرۇلما مۇقىملىقى ياخشى بولمىغاچقا ، ئاستا-ئاستا 6H-SiC قاتارلىق ئالتە تەرەپلىك SiC پولىمېرغا ئۆزگىرىدۇ. بۇ دەل SiC پولىمورفنىڭ شەكىللىنىش ئېھتىماللىقى بىلەن تېمپېراتۇرىنىڭ كۈچلۈك باغلىنىشى ۋە 3C-SiC نىڭ مۇقىمسىزلىقى ئوتتۇرىسىدىكى كۈچلۈك باغلىنىش سەۋەبىدىن ، 3C-SiC نىڭ ئېشىش سۈرئىتىنى ياخشىلاش تەس ، تەييارلىق قىلىش تەس. 4H-SiC ۋە 6H-SiC نىڭ ئالتە تەرەپلىك سىستېمىسى ئەڭ كۆپ ئۇچرايدىغان ۋە تەييارلاش ئاسان بولۇپ ، ئۆزىنىڭ ئالاھىدىلىكى سەۋەبىدىن كەڭ كۆلەمدە تەتقىق قىلىنغان.

 SiC كىرىستالدىكى SI-C زايومنىڭ ئۇزۇنلۇقى ئاران 1.89A ، ئەمما باغلاش ئېنېرگىيىسى 4.53eV گە يېتىدۇ. شۇڭلاشقا ، باغلىنىش ھالىتى بىلەن باغلىنىشقا قارشى تۇرۇش ئوتتۇرىسىدىكى ئېنېرگىيە سەۋىيىسى پەرقى ئىنتايىن چوڭ ، كەڭ بەلۋاغ پەرقى شەكىللىنىدۇ ، بۇ Si ۋە GaAs نىڭ نەچچە ھەسسىسىگە تەڭ. بەلۋاغ پەرقىنىڭ كەڭلىكى يۇقىرى تېمپېراتۇرا كىرىستال قۇرۇلمىسىنىڭ مۇقىملىقىدىن دېرەك بېرىدۇ. مۇناسىۋەتلىك ئېلېكترون مەھسۇلاتلىرى يۇقىرى تېمپېراتۇرىدا مۇقىم مەشغۇلاتنىڭ ئالاھىدىلىكىنى ۋە ئاددىي ئىسسىقلىق تارقىتىش قۇرۇلمىسىنى ھېس قىلالايدۇ.

Si-C زايومىنىڭ زىچ باغلىنىشى رېشاتكىنىڭ يۇقىرى تەۋرىنىش چاستوتىسىغا ، يەنى يۇقىرى ئېنېرگىيىلىك فونونغا ئىگە قىلىدۇ ، يەنى SiC كىرىستالنىڭ تويۇنغان ئېلېكتروننىڭ يۆتكىلىشچانلىقى ۋە ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقىنىڭ يۇقىرى ئىكەنلىكى ، مۇناسىۋەتلىك ئېلېكترون ئۈسكۈنىلىرىنىڭ a تېخىمۇ يۇقىرى ئالماشتۇرۇش سۈرئىتى ۋە ئىشەنچلىكلىكى ، بۇ ئۈسكۈنىنىڭ ھەددىدىن زىيادە قىزىپ كېتىش خەۋپىنى تۆۋەنلىتىدۇ. بۇنىڭدىن باشقا ، SiC نىڭ پارچىلىنىش مەيدانىنىڭ كۈچلۈكلۈكى ئۇنىڭ تېخىمۇ يۇقىرى دوپپا قويۇقلۇقىغا ئېرىشىشىگە ۋە قارشىلىق كۈچىنىڭ تۆۋەن بولۇشىغا شارائىت ھازىرلاپ بېرىدۇ.

 ئىككىنچىدىن ، SiC كىرىستال تەرەققىيات تارىخى

 1905-يىلى ، دوكتور ھېنرى مويسان ئازگالدا تەبىئىي SiC خرۇستالنى بايقىغان بولۇپ ، ئۇ ئالماسقا ئوخشايدىغانلىقىنى بايقىغان ۋە ئۇنىڭغا موسان ئالماس دەپ ئىسىم قويغان.

 ئەمەلىيەتتە ، 1885-يىلىلا ، ئاچېسون كوكنى سىلىتسىي بىلەن ئارىلاشتۇرۇپ ئېلېكتر ئوچىقىدا قىزىتىش ئارقىلىق SiC غا ئېرىشكەن. ئەينى ۋاقىتتا كىشىلەر ئۇنى ئالماسنىڭ ئارىلاشمىسى دەپ خاتا چۈشىنىپ ، ئۇنى ئېمېر دەپ ئاتىغان.

 1892-يىلى ، ئاچېسون بىرىكتۈرۈش جەريانىنى ياخشىلاپ ، كۋارتس قۇم ، كوكۇس ، ئاز مىقداردا ياغاچ ئۆزىكى ۋە NaCl نى ئارىلاشتۇرۇپ ، ئېلېكتر ئەگمە ئوچاقتا 2700 to غىچە قىزىتىپ ، مۇۋەپپەقىيەتلىك ھالدا سىيرىلما SiC خرۇستالغا ئېرىشتى. SiC كىرىستاللىرىنى بىرىكتۈرۈشنىڭ ئۇسۇلى Acheson ئۇسۇلى دەپ ئاتالغان بولۇپ ، يەنىلا سانائەتتە SiC سۈرتكۈچ ئىشلەپچىقىرىشنىڭ ئاساسلىق ئۇسۇلى. بىرىكمە خام ئەشيانىڭ ساپلىقى تۆۋەن ۋە يىرىك بىرىكتۈرۈش جەريانى سەۋەبىدىن ، ئاچېسون ئۇسۇلى تېخىمۇ كۆپ SiC بۇلغانمىسى ، خرۇستال مۇكەممەللىكى ۋە كىچىك خرۇستال دىئامېتىرىنى ئىشلەپچىقىرىدۇ ، بۇ يېرىم ئۆتكۈزگۈچ سانائىتىنىڭ چوڭ-كىچىكلىكى ، ساپلىقى يۇقىرى ۋە يۇقىرى تەلىپىنى قاندۇرۇش تەس. -كۆپ كىرىستال ، ئېلېكترونلۇق ئۈسكۈنىلەرنى ياساشقا ئىشلىتىشكە بولمايدۇ.

 فىلىپس تەجرىبىخانىسى لېلى 1955-يىلى SiC يەككە كىرىستالنى يېتىشتۈرۈشنىڭ يېڭى ئۇسۇلىنى ئوتتۇرىغا قويدى. بۇ خىل ئۇسۇلدا گرافت كرېستال ئۆسۈش قاچىسى ، SiC پاراشوك كىرىستاللىقى SiC خرۇستالنى يېتىشتۈرۈشنىڭ خام ئەشياسى ، يىرىك گرافت ئايرىپ ئىشلىتىلىدۇ. ئۆسۈۋاتقان خام ئەشيانىڭ مەركىزىدىن كاۋاك رايون. ئۆسكەندە ، گرافىك ھالقىلىق Ar ياكى H2 ئاتموسفېراسى ئاستىدا 2500 to غىچە قىزىتىلىدۇ ، ئەتراپتىكى SiC پاراشوكى ئىنچىكە ۋە پارچىلىنىپ Si ۋە C ھور فازا ماددىلىرىغا ئايلىنىدۇ ، SiC كىرىستاللىقى گازدىن كېيىن ئوتتۇرا كاۋاك رايونىدا ئۆستۈرۈلىدۇ. ئاقما گرافت ئارقىلىق تارقىلىدۇ.

ئۈچىنچىسى ، SiC خرۇستال ئۆسۈش تېخنىكىسى

SiC نىڭ يەككە كىرىستال ئۆسۈشى ئۆزىگە خاس ئالاھىدىلىككە ئىگە. بۇ ئاساسلىقى ئاتموسفېرا بېسىمىدا Si: C = 1: 1 نىڭ ستونىئومىتىرلىق نىسبىتى بىلەن سۇيۇقلۇق باسقۇچىنىڭ يوقلۇقىدىن كېلىپ چىققان بولۇپ ، ئۇ يېرىم ئۆتكۈزگۈچنىڭ ھازىرقى ئاساسىي ئېشىش جەريانىدا قوللىنىلغان تېخىمۇ پىشىپ يېتىلگەن ئۇسۇللار بىلەن يېتىشەلمەيدۇ. سانائەت - cZ ئۇسۇلى ، ھالقىلىق ئۇسۇل ۋە باشقا ئۇسۇللار. نەزەرىيىۋى ھېسابلاشقا ئاساسلانغاندا ، بېسىم 10E5atm دىن يۇقىرى ، تېمپېراتۇرا 3200 than دىن يۇقىرى بولغاندا ، Si: C = 1: 1 ئېرىتمىسىنىڭ ستوئىئومومېتىر نىسبىتىگە ئېرىشكىلى بولىدۇ. بۇ مەسىلىنى يېڭىش ئۈچۈن ، ئالىملار توختىماي تىرىشچانلىق كۆرسىتىپ ، يۇقىرى كىرىستال سۈپەتلىك ، چوڭ-كىچىكلىكى ۋە ئەرزان باھالىق SiC كىرىستاللىرىغا ئېرىشىش ئۈچۈن ھەر خىل ئۇسۇللارنى ئوتتۇرىغا قويدى. ھازىر ئاساسلىق ئۇسۇللار PVT ئۇسۇلى ، سۇيۇقلۇق فازا ئۇسۇلى ۋە يۇقىرى تېمپېراتۇرىلىق ھورنىڭ خىمىيىلىك چۆكۈش ئۇسۇلى.