Разлике између СиЦ кристала са различитим структурама

Силицијум карбид (СиЦ)је материјал који поседује изузетну термичку, физичку и хемијску стабилност, показујући својства која превазилазе својства конвенционалних материјала. Његова топлотна проводљивост је невероватних 84В/(м·К), што је не само више од бакра већ и три пута више од силицијума. Ово показује његов огроман потенцијал за употребу у апликацијама за управљање топлотом. Појасни размак СиЦ-а је приближно три пута већи од силицијумског, а јачина његовог електричног поља је за ред величине већа од силицијума. То значи да СиЦ може да обезбеди већу поузданост и ефикасност у високонапонским апликацијама. Поред тога, СиЦ још увек може да одржава добру електричну проводљивост на високим температурама од 2000°Ц, што је упоредиво са графитом. То га чини идеалним полупроводничким материјалом у окружењима са високим температурама. Отпорност СиЦ на корозију је такође изузетно изванредна. Танак слој СиО2 формиран на његовој површини ефикасно спречава даљу оксидацију, чинећи га отпорним на скоро све познате корозивне агенсе на собној температури. Ово обезбеђује његову примену у тешким окружењима.

Што се тиче кристалне структуре, разноликост СиЦ-а се огледа у његових више од 200 различитих кристалних облика, што је карактеристика која се приписује различитим начинима на које су атоми густо спаковани унутар његових кристала. Иако постоји много кристалних облика, ови кристални облици се могу грубо поделити у две категорије: β-СиЦ са кубичном структуром (структура цинкове мешавине) и α-СиЦ са хексагоналном структуром (структура вирцита). Ова структурна разноликост не само да обогаћује физичка и хемијска својства СиЦ-а, већ такође пружа истраживачима више избора и флексибилности приликом пројектовања и оптимизације полупроводничких материјала на бази СиЦ-а.

Међу многим облицима кристала СиЦ, најчешћи су они3Ц-СиЦ, 4Х-СиЦ, 6Х-СиЦ и 15Р-СиЦ. Разлика између ових кристалних облика се углавном огледа у њиховој кристалној структури. 3Ц-СиЦ, такође познат као кубни силицијум карбид, показује карактеристике кубичне структуре и најједноставнија је структура међу СиЦ. СиЦ са хексагоналном структуром може се даље поделити на 2Х-СиЦ, 4Х-СиЦ, 6Х-СиЦ и друге типове према различитим атомским аранжманима. Ове класификације одражавају начин на који су атоми спаковани унутар кристала, као и симетрију и сложеност решетке.

Размак у појасу је кључни параметар који одређује температурни опсег и ниво напона у којем полупроводнички материјали могу да раде. Међу неколико кристалних облика СиЦ, 2Х-СиЦ има највећу ширину појаса од 3,33 еВ, што указује на његову одличну стабилност и перформансе у екстремним условима; 4Х-СиЦ следи блиско, са ширином појаса од 3,26 еВ; 6Х-СиЦ има нешто нижи појас од 3,02 еВ, док 3Ц-СиЦ има најнижи појас од 2,39 еВ, што га чини широм употребом на нижим температурама и напонима.

Ефективна маса рупа је важан фактор који утиче на покретљивост рупа материјала. Ефективна маса рупе 3Ц-СиЦ је 1,1 м0, што је релативно ниско, што указује да је његова покретљивост рупа добра. Ефективна маса рупе 4Х-СиЦ је 1,75м0 на основној равни хексагоналне структуре и 0,65м0 када је окомита на основну раван, што показује разлику у његовим електричним својствима у различитим правцима. Ефективна маса рупе 6Х-СиЦ је слична оној код 4Х-СиЦ, али нешто нижа у целини, што утиче на покретљивост његовог носача. Ефективна маса електрона варира у опсегу од 0,25-0,7м0, у зависности од специфичне кристалне структуре.

Мобилност носача је мера колико се брзо крећу електрони и рупе унутар материјала. 4Х-СиЦ се добро понаша у овом погледу. Његова покретљивост рупа и електрона је знатно већа од 6Х-СиЦ, што чини 4Х-СиЦ бољим перформансама у енергетским електронским уређајима.

Из перспективе свеобухватних перформанси, сваки кристални обликСиЦима своје јединствене предности. 6Х-СиЦ је погодан за производњу оптоелектронских уређаја због своје структурне стабилности и добрих својстава луминисценције.3Ц-СиЦпогодан је за високофреквентне уређаје и уређаје велике снаге због велике брзине засићеног дрифта електрона. 4Х-СиЦ је постао идеалан избор за енергетске електронске уређаје због своје велике покретљивости електрона, малог отпора на укључење и велике густине струје. У ствари, 4Х-СиЦ није само полупроводнички материјал треће генерације са најбољим перформансама, највишим степеном комерцијализације и најзрелијом технологијом, већ је и пожељан материјал за производњу енергетских полупроводничких уређаја под високим притиском и високим притиском. температура и окружења отпорна на зрачење.