Perbezaan antara kristal SiC dengan struktur yang berbeza

Silikon karbida (SiC)ialah bahan yang mempunyai kestabilan terma, fizikal dan kimia yang luar biasa, mempamerkan sifat yang melebihi bahan konvensional. Kekonduksian termanya ialah 84W/(m·K) yang menakjubkan, yang bukan sahaja lebih tinggi daripada tembaga tetapi juga tiga kali ganda silikon. Ini menunjukkan potensinya yang besar untuk digunakan dalam aplikasi pengurusan haba. Celah jalur SiC adalah lebih kurang tiga kali ganda daripada silikon, dan kekuatan medan elektrik pecahannya adalah susunan magnitud yang lebih tinggi daripada silikon. Ini bermakna SiC boleh memberikan kebolehpercayaan dan kecekapan yang lebih tinggi dalam aplikasi voltan tinggi. Selain itu, SiC masih boleh mengekalkan kekonduksian elektrik yang baik pada suhu tinggi 2000°C, yang setanding dengan grafit. Ini menjadikannya bahan semikonduktor yang ideal dalam persekitaran suhu tinggi. Rintangan kakisan SiC juga sangat cemerlang. Lapisan nipis SiO2 yang terbentuk pada permukaannya berkesan menghalang pengoksidaan selanjutnya, menjadikannya tahan kepada hampir semua agen menghakis yang diketahui pada suhu bilik. Ini memastikan penggunaannya dalam persekitaran yang keras.

Dari segi struktur kristal, kepelbagaian SiC dicerminkan dalam lebih daripada 200 bentuk kristalnya yang berbeza, satu ciri yang dikaitkan dengan pelbagai cara di mana atom dibungkus padat dalam kristalnya. Walaupun terdapat banyak bentuk kristal, bentuk kristal ini boleh dibahagikan secara kasar kepada dua kategori: β-SiC dengan struktur kubik (struktur zink blende) dan α-SiC dengan struktur heksagon (struktur wurtzite). Kepelbagaian struktur ini bukan sahaja memperkayakan sifat fizikal dan kimia SiC, tetapi juga menyediakan penyelidik dengan lebih banyak pilihan dan fleksibiliti semasa mereka bentuk dan mengoptimumkan bahan semikonduktor berasaskan SiC.

Di antara banyak bentuk kristal SiC, yang paling biasa termasuk3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC dan 15R-SiC. Perbezaan antara bentuk kristal ini terutamanya tercermin dalam struktur kristal mereka. 3C-SiC, juga dikenali sebagai karbida silikon padu, mempamerkan ciri-ciri struktur padu dan merupakan struktur paling ringkas di kalangan SiC. SiC dengan struktur heksagon boleh dibahagikan lagi kepada 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC dan jenis lain mengikut susunan atom yang berbeza. Klasifikasi ini mencerminkan cara atom dibungkus di dalam kristal, serta simetri dan kerumitan kekisi.

Jurang jalur ialah parameter utama yang menentukan julat suhu dan tahap voltan di mana bahan semikonduktor boleh beroperasi. Antara beberapa bentuk kristal SiC, 2H-SiC mempunyai lebar celah jalur tertinggi iaitu 3.33 eV, menunjukkan kestabilan dan prestasinya yang sangat baik dalam keadaan yang melampau; 4H-SiC mengikuti rapat, dengan lebar celah jalur 3.26 eV; 6H-SiC mempunyai jurang jalur yang lebih rendah sedikit sebanyak 3.02 eV, manakala 3C-SiC mempunyai jurang jalur terendah sebanyak 2.39 eV, menjadikannya lebih meluas digunakan pada suhu dan voltan yang lebih rendah.

Jisim lubang yang berkesan adalah faktor penting yang mempengaruhi mobiliti lubang bahan. Jisim berkesan lubang 3C-SiC ialah 1.1m0, yang agak rendah, menunjukkan bahawa mobiliti lubangnya adalah baik. Jisim berkesan lubang 4H-SiC ialah 1.75m0 pada satah asas struktur heksagon dan 0.65m0 apabila berserenjang dengan satah asas, menunjukkan perbezaan sifat elektriknya dalam arah yang berbeza. Jisim berkesan lubang 6H-SiC adalah serupa dengan 4H-SiC, tetapi secara keseluruhannya lebih rendah sedikit, yang memberi kesan pada mobiliti pembawanya. Jisim berkesan elektron berbeza-beza dalam julat 0.25-0.7m0, bergantung kepada struktur kristal tertentu.

Mobiliti pembawa ialah ukuran seberapa pantas elektron dan lubang bergerak dalam bahan. 4H-SiC berprestasi baik dalam hal ini. Mobiliti lubang dan elektronnya jauh lebih tinggi daripada 6H-SiC, yang menjadikan prestasi 4H-SiC Lebih baik dalam peranti elektronik kuasa.

Dari perspektif prestasi komprehensif, setiap bentuk kristalSiCmempunyai kelebihan tersendiri. 6H-SiC sesuai untuk pembuatan peranti optoelektronik kerana kestabilan strukturnya dan sifat pencahayaan yang baik.3C-SiCsesuai untuk peranti frekuensi tinggi dan berkuasa tinggi kerana kelajuan hanyutan elektron tepu yang tinggi. 4H-SiC telah menjadi pilihan ideal untuk peranti elektronik kuasa kerana mobiliti elektronnya yang tinggi, rintangan-on yang rendah dan ketumpatan arus yang tinggi. Malah, 4H-SiC bukan sahaja bahan semikonduktor generasi ketiga dengan prestasi terbaik, tahap pengkomersilan tertinggi, dan teknologi paling matang, ia juga merupakan bahan pilihan untuk mengeluarkan peranti semikonduktor kuasa dalam tekanan tinggi, tinggi- suhu, dan persekitaran tahan sinaran.