वेगवेगळ्या संरचनांसह SiC क्रिस्टल्समधील फरक

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC)एक अशी सामग्री आहे ज्यामध्ये अपवादात्मक थर्मल, भौतिक आणि रासायनिक स्थिरता आहे, जी परंपरागत सामग्रीच्या पलीकडे जाणारे गुणधर्म प्रदर्शित करते. त्याची थर्मल चालकता एक आश्चर्यकारक 84W/(m·K) आहे, जी केवळ तांब्यापेक्षा जास्त नाही तर सिलिकॉनच्या तिप्पट आहे. हे थर्मल मॅनेजमेंट ऍप्लिकेशन्समध्ये वापरण्यासाठी त्याची प्रचंड क्षमता दर्शवते. SiC चा बँडगॅप सिलिकॉनच्या अंदाजे तिप्पट आहे, आणि त्याचे ब्रेकडाउन इलेक्ट्रिक फील्ड स्ट्रेंथ सिलिकॉनपेक्षा जास्त प्रमाणात आहे. याचा अर्थ असा की SiC उच्च-व्होल्टेज अनुप्रयोगांमध्ये उच्च विश्वसनीयता आणि कार्यक्षमता प्रदान करू शकते. याव्यतिरिक्त, SiC अजूनही 2000°C च्या उच्च तापमानात चांगली विद्युत चालकता राखू शकते, जी ग्रेफाइटशी तुलना करता येते. हे उच्च-तापमान वातावरणात एक आदर्श अर्धसंवाहक सामग्री बनवते. SiC चा गंज प्रतिकार देखील अत्यंत उत्कृष्ट आहे. त्याच्या पृष्ठभागावर तयार झालेला SiO2 चा पातळ थर पुढील ऑक्सिडेशनला प्रभावीपणे प्रतिबंधित करते, ज्यामुळे खोलीच्या तपमानावर जवळजवळ सर्व ज्ञात संक्षारक घटकांना ते प्रतिरोधक बनते. हे कठोर वातावरणात त्याचा अनुप्रयोग सुनिश्चित करते.

क्रिस्टल संरचनेच्या बाबतीत, SiC ची विविधता त्याच्या 200 पेक्षा जास्त वेगवेगळ्या क्रिस्टल फॉर्ममध्ये परावर्तित होते, हे वैशिष्ट्य त्याच्या क्रिस्टल्समध्ये अणू घनतेने पॅक केलेल्या विविध मार्गांना दिले जाते. स्फटिकाचे अनेक प्रकार असले तरी, हे स्फटिकाचे स्वरूप साधारणपणे दोन प्रकारात विभागले जाऊ शकतात: β-SiC with cubic structure (zinc blende structure) आणि α-SiC with hexagonal structure (wurtzite structure). ही संरचनात्मक विविधता केवळ SiC च्या भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्मांनाच समृद्ध करत नाही, तर SiC-आधारित सेमीकंडक्टर सामग्रीची रचना आणि ऑप्टिमाइझ करताना संशोधकांना अधिक पर्याय आणि लवचिकता देखील प्रदान करते.

अनेक SiC क्रिस्टल फॉर्ममध्ये, सर्वात सामान्य समाविष्ट आहेत3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, आणि 15R-SiC. या क्रिस्टल फॉर्ममधील फरक प्रामुख्याने त्यांच्या क्रिस्टल रचनेत दिसून येतो. 3C-SiC, ज्याला क्यूबिक सिलिकॉन कार्बाइड असेही म्हणतात, क्यूबिक संरचनेची वैशिष्ट्ये प्रदर्शित करते आणि SiC मधील सर्वात सोपी रचना आहे. षटकोनी संरचनेसह SiC 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC आणि इतर प्रकारांमध्ये वेगवेगळ्या अणू व्यवस्थेनुसार विभागले जाऊ शकते. हे वर्गीकरण क्रिस्टलच्या आत अणू कसे पॅक केले जातात, तसेच जाळीची सममिती आणि जटिलता दर्शवतात.

बँड गॅप हे मुख्य पॅरामीटर आहे जे तापमान श्रेणी आणि व्होल्टेज पातळी निर्धारित करते ज्यामध्ये सेमीकंडक्टर सामग्री ऑपरेट करू शकते. SiC च्या अनेक स्फटिक रूपांपैकी, 2H-SiC ची सर्वाधिक बँडगॅप रुंदी 3.33 eV आहे, जी अत्यंत परिस्थितीत उत्कृष्ट स्थिरता आणि कार्यप्रदर्शन दर्शवते; 3.26 eV च्या बँडगॅप रुंदीसह 4H-SiC जवळून अनुसरण करते; 6H-SiC मध्ये 3.02 eV चा थोडा कमी बँडगॅप आहे, तर 3C-SiC मध्ये 2.39 eV चा सर्वात कमी बँडगॅप आहे, ज्यामुळे ते कमी तापमान आणि व्होल्टेजवर अधिक प्रमाणात वापरले जाते.

छिद्रांचे प्रभावी वस्तुमान हा सामग्रीच्या छिद्रांच्या गतिशीलतेवर परिणाम करणारा एक महत्त्वाचा घटक आहे. 3C-SiC चे छिद्र प्रभावी वस्तुमान 1.1m0 आहे, जे तुलनेने कमी आहे, हे दर्शविते की त्याच्या छिद्राची गतिशीलता चांगली आहे. षटकोनी संरचनेच्या बेस प्लेनवर 4H-SiC चे छिद्र प्रभावी वस्तुमान 1.75m0 आहे आणि बेस प्लेनला लंब असताना 0.65m0 आहे, जे वेगवेगळ्या दिशांमध्ये त्याच्या विद्युत गुणधर्मांमधील फरक दर्शविते. 6H-SiC चे छिद्र प्रभावी वस्तुमान 4H-SiC प्रमाणेच आहे, परंतु एकंदरीत थोडे कमी आहे, ज्याचा त्याच्या वाहक गतिशीलतेवर परिणाम होतो. इलेक्ट्रॉनचे प्रभावी वस्तुमान 0.25-0.7m0 च्या श्रेणीत, विशिष्ट क्रिस्टल संरचनेवर अवलंबून असते.

वाहक गतिशीलता हे एका सामग्रीमध्ये इलेक्ट्रॉन आणि छिद्र किती वेगाने हलतात याचे मोजमाप आहे. 4H-SiC या बाबतीत चांगली कामगिरी करते. त्याचे छिद्र आणि इलेक्ट्रॉन गतिशीलता 6H-SiC पेक्षा लक्षणीयरीत्या जास्त आहे, ज्यामुळे पॉवर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये 4H-SiC अधिक चांगली कामगिरी होते.

सर्वसमावेशक कामगिरीच्या दृष्टीकोनातून, प्रत्येक क्रिस्टल फॉर्मSiCत्याचे अद्वितीय फायदे आहेत. 6H-SiC त्याच्या संरचनात्मक स्थिरता आणि चांगल्या ल्युमिनेसेन्स गुणधर्मांमुळे ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या निर्मितीसाठी योग्य आहे.3C-SiCउच्च-वारंवारता आणि उच्च-शक्ती उपकरणांसाठी त्याच्या उच्च संतृप्त इलेक्ट्रॉन ड्रिफ्ट गतीमुळे योग्य आहे. 4H-SiC उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता, कमी ऑन-रेझिस्टन्स आणि उच्च वर्तमान घनतेमुळे पॉवर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांसाठी एक आदर्श पर्याय बनला आहे. खरं तर, 4H-SiC ही केवळ तिसऱ्या पिढीतील सेमीकंडक्टर मटेरियल आहे ज्यामध्ये सर्वोत्तम कामगिरी आहे, व्यावसायिकीकरणाची उच्च पातळी आहे आणि सर्वात परिपक्व तंत्रज्ञान आहे, ते उच्च-दाब, उच्च-दबाव, उच्च-दर्जाच्या सेमीकंडक्टर उपकरणांच्या निर्मितीसाठी देखील पसंतीचे साहित्य आहे. तापमान, आणि रेडिएशन-प्रतिरोधक वातावरण.