첫째, SiC 결정의 구조와 특성.
SiC는 Si 원소와 C 원소가 1:1 비율로 형성된 이성분 화합물, 즉 규소(Si) 50%와 탄소(C) 50%로 구성된 이원화합물이며, 기본 구조단위는 SI-C 사면체이다.
탄화규소 사면체 구조의 개략도
예를 들어, Si 원자는 직경이 커서 사과와 맞먹고, C 원자는 직경이 작아 오렌지와 맞먹고, 같은 수의 오렌지와 사과가 쌓여 SiC 결정을 형성합니다.
SiC는 Si-Si 결합 원자 간격이 3.89A인 이원 화합물입니다. 이 간격을 어떻게 이해합니까?현재 시중에 나와 있는 가장 뛰어난 리소그래피 기계는 30A 거리인 3nm의 리소그래피 정확도를 가지고 있으며, 리소그래피 정확도는 원자 거리의 8배에 달합니다.
Si-Si 결합 에너지는 310kJ/mol이므로 결합 에너지는 이 두 원자를 떼어내는 힘이며, 결합 에너지가 클수록 떼어내는 데 필요한 힘도 크다는 것을 이해할 수 있습니다.
예를 들어, Si 원자는 직경이 커서 사과와 맞먹고, C 원자는 직경이 작아 오렌지와 맞먹고, 같은 수의 오렌지와 사과가 쌓여 SiC 결정을 형성합니다.
SiC는 Si-Si 결합 원자 간격이 3.89A인 이원 화합물입니다. 이 간격을 어떻게 이해합니까?현재 시중에 나와 있는 가장 뛰어난 리소그래피 기계는 30A 거리인 3nm의 리소그래피 정확도를 가지고 있으며, 리소그래피 정확도는 원자 거리의 8배에 달합니다.
Si-Si 결합 에너지는 310kJ/mol이므로 결합 에너지는 이 두 원자를 떼어내는 힘이며, 결합 에너지가 클수록 떼어내는 데 필요한 힘도 크다는 것을 이해할 수 있습니다.
탄화규소 사면체 구조의 개략도
예를 들어, Si 원자는 직경이 커서 사과와 맞먹고, C 원자는 직경이 작아 오렌지와 맞먹고, 같은 수의 오렌지와 사과가 쌓여 SiC 결정을 형성합니다.
SiC는 Si-Si 결합 원자 간격이 3.89A인 이원 화합물입니다. 이 간격을 어떻게 이해합니까?현재 시중에 나와 있는 가장 뛰어난 리소그래피 기계는 30A 거리인 3nm의 리소그래피 정확도를 가지고 있으며, 리소그래피 정확도는 원자 거리의 8배에 달합니다.
Si-Si 결합 에너지는 310kJ/mol이므로 결합 에너지는 이 두 원자를 떼어내는 힘이며, 결합 에너지가 클수록 떼어내는 데 필요한 힘도 크다는 것을 이해할 수 있습니다.
예를 들어, Si 원자는 직경이 커서 사과와 맞먹고, C 원자는 직경이 작아 오렌지와 맞먹고, 같은 수의 오렌지와 사과가 쌓여 SiC 결정을 형성합니다.
SiC는 Si-Si 결합 원자 간격이 3.89A인 이원 화합물입니다. 이 간격을 어떻게 이해합니까?현재 시중에 나와 있는 가장 뛰어난 리소그래피 기계는 30A 거리인 3nm의 리소그래피 정확도를 가지고 있으며, 리소그래피 정확도는 원자 거리의 8배에 달합니다.
Si-Si 결합 에너지는 310kJ/mol이므로 결합 에너지는 이 두 원자를 떼어내는 힘이며, 결합 에너지가 클수록 떼어내는 데 필요한 힘도 크다는 것을 이해할 수 있습니다.
우리는 모든 물질이 원자로 구성되어 있으며, 결정의 구조는 다음과 같이 원자가 규칙적으로 배열되어 있는 것을 장거리 질서라고 알고 있습니다.가장 작은 결정 단위를 셀(cell)이라 하고, 셀이 입방체 구조인 것을 조밀입방체(close-packedcubic)라고 하며, 셀이 육각형 구조인 것을 조밀입방체(close-packed 육각형)이라 한다.
일반적인 SiC 결정 유형에는 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC 등이 포함됩니다. c축 방향의 적층 순서가 그림에 표시되어 있습니다.
그 중 4H-SiC의 기본 적층 순서는 ABCB... ;6H-SiC의 기본 적층 순서는 ABCACB... ;15R-SiC의 기본 적층 순서는 ABCACBCABACABCB... 입니다.
이것은 집을 짓는 데 사용되는 벽돌로 볼 수 있으며, 집 벽돌 중 일부에는 배치 방법이 세 가지 있고, 일부에는 배치 방법이 네 가지 있고, 일부에는 여섯 가지 방법이 있습니다.
이러한 일반적인 SiC 결정 유형의 기본 셀 매개변수는 표에 나와 있습니다.
a, b, c 및 각도는 무엇을 의미하나요?SiC 반도체에서 가장 작은 단위셀의 구조는 다음과 같다.
동일한 셀의 경우 결정 구조도 달라집니다. 이는 마치 복권을 사는 것과 같습니다. 당첨 번호는 1, 2, 3이고 1, 2, 3 세 개의 숫자를 구입했지만 숫자를 정렬하면 다르게 말하면 당첨되는 금액이 다르기 때문에 동일한 수정의 개수와 순서도 동일한 수정이라고 할 수 있습니다.
다음 그림은 두 가지 일반적인 적층 모드를 보여줍니다. 상부 원자의 적층 모드의 차이만 있고 결정 구조가 다릅니다.
SiC에 의해 형성된 결정 구조는 온도와 밀접한 관련이 있습니다.1900~2000 ℃의 고온 작용 하에서 3C-SiC는 구조적 안정성이 좋지 않아 6H-SiC와 같은 육각형 SiC 다형으로 천천히 변형됩니다.이는 바로 SiC 다형체 형성 확률과 온도 사이의 강한 상관관계와 3C-SiC 자체의 불안정성 때문에 3C-SiC의 성장 속도를 개선하기 어렵고 제조가 어렵다는 점이다.4H-SiC와 6H-SiC의 육각형 시스템은 가장 일반적이고 제조가 용이하며, 고유한 특성으로 인해 널리 연구되고 있습니다.
SiC 결정에서 SI-C 결합의 결합 길이는 1.89A에 불과하지만 결합 에너지는 4.53eV만큼 높습니다.따라서 결합 상태와 결합 방지 상태 사이의 에너지 레벨 갭이 매우 크고, Si와 GaAs에 비해 몇 배나 되는 넓은 밴드 갭을 형성할 수 있다.밴드갭 폭이 크다는 것은 고온 결정 구조가 안정적이라는 것을 의미합니다.관련 전력 전자 장치는 고온에서 안정적인 작동 특성과 단순화된 방열 구조를 구현할 수 있습니다.
Si-C 결합의 긴밀한 결합으로 인해 격자는 높은 진동 주파수, 즉 고에너지 포논을 가지게 되는데, 이는 SiC 결정이 높은 포화 전자 이동도와 열전도도를 가지며, 관련 전력전자소자는 더 높은 스위칭 속도와 신뢰성으로 인해 장치 과열 오류의 위험이 줄어듭니다.또한 SiC의 항복 전계 강도가 높기 때문에 더 높은 도핑 농도를 달성하고 온저항을 낮출 수 있습니다.
둘째, SiC 결정 개발의 역사
1905년 앙리 무아상(Henri Moissan) 박사는 분화구에서 천연 SiC 결정을 발견했는데, 이 결정이 다이아몬드와 유사하다는 것을 발견하고 이를 모산 다이아몬드라고 명명했습니다.
실제로 애치슨은 1885년 초에 코크스와 실리카를 혼합하고 전기로에서 가열하여 SiC를 얻었습니다.당시 사람들은 그것을 다이아몬드 혼합물로 착각하여 에머리라고 불렀습니다.
1892년 애치슨은 합성 공정을 개선하여 석영사, 코크스, 소량의 우드칩과 NaCl을 혼합하고 이를 전기로에서 2700℃로 가열하여 비늘 모양의 SiC 결정을 얻는 데 성공했습니다.SiC 결정을 합성하는 이 방법은 Acheson 방법으로 알려져 있으며 여전히 업계에서 SiC 연마재를 생산하는 주류 방법입니다.합성 원료의 순도가 낮고 합성 공정이 거칠기 때문에 Acheson 방법은 SiC 불순물이 더 많고 결정 무결성이 낮으며 결정 직경이 작아서 반도체 산업의 대형, 고순도 및 높은 요구 사항을 충족하기 어렵습니다. - 품질이 좋은 결정체이므로 전자 장치를 제조하는 데 사용할 수 없습니다.
필립스 연구소의 Lely는 1955년에 SiC 단결정을 성장시키는 새로운 방법을 제안했습니다. 이 방법에서는 흑연 도가니를 성장 용기로 사용하고 SiC 분말 결정을 SiC 결정 성장의 원료로 사용하며 다공성 흑연을 분리하는 데 사용합니다. 성장하는 원료의 중심에서 빈 영역.성장 시 흑연 도가니를 Ar 또는 H2 분위기 하에서 2500℃로 가열하여 주변의 SiC 분말이 승화되어 Si 및 C 기상 물질로 분해되고, 가스 후 중간 중공 영역에서 SiC 결정이 성장한다. 흐름은 다공성 흑연을 통해 전달됩니다.
셋째, SiC 결정성장 기술
SiC의 단결정 성장은 그 자체의 특성으로 인해 어렵다.이는 주로 대기압에서 Si:C = 1:1의 화학량론적 비율을 갖는 액상이 없으며 현재 반도체의 주류 성장 공정에서 사용되는 보다 성숙한 성장 방법으로는 성장할 수 없다는 사실에 기인합니다. 산업 - CZ 방식, 낙하 도가니 방식 및 기타 방식.이론적 계산에 따르면 압력이 10E5atm보다 크고 온도가 3200℃보다 높은 경우에만 Si:C = 1:1의 화학량론적 비율의 용액을 얻을 수 있습니다.이러한 문제를 극복하기 위해 과학자들은 높은 품질, 큰 크기, 저렴한 SiC 결정을 얻기 위한 다양한 방법을 제안하기 위해 끊임없이 노력해 왔습니다.현재 주요 방식으로는 PVT 방식, 액상 방식, 고온 기상 화학 증착 방식 등이 있다.
게시 시간: 2024년 1월 24일