विभिन्न संरचनाओं वाले SiC क्रिस्टल के बीच अंतर

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC)एक ऐसी सामग्री है जिसमें असाधारण थर्मल, भौतिक और रासायनिक स्थिरता होती है, जो पारंपरिक सामग्रियों से परे गुणों का प्रदर्शन करती है। इसकी तापीय चालकता आश्चर्यजनक 84W/(m·K) है, जो न केवल तांबे से अधिक है, बल्कि सिलिकॉन से भी तीन गुना अधिक है। यह थर्मल प्रबंधन अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए इसकी विशाल क्षमता को प्रदर्शित करता है। SiC का बैंडगैप सिलिकॉन से लगभग तीन गुना है, और इसकी ब्रेकडाउन विद्युत क्षेत्र की ताकत सिलिकॉन से अधिक परिमाण का एक क्रम है। इसका मतलब यह है कि SiC उच्च-वोल्टेज अनुप्रयोगों में उच्च विश्वसनीयता और दक्षता प्रदान कर सकता है। इसके अतिरिक्त, SiC अभी भी 2000 डिग्री सेल्सियस के उच्च तापमान पर अच्छी विद्युत चालकता बनाए रख सकता है, जो ग्रेफाइट के बराबर है। यह इसे उच्च तापमान वाले वातावरण में एक आदर्श अर्धचालक सामग्री बनाता है। SiC का संक्षारण प्रतिरोध भी अत्यंत उत्कृष्ट है। इसकी सतह पर बनी SiO2 की पतली परत आगे ऑक्सीकरण को प्रभावी ढंग से रोकती है, जिससे यह कमरे के तापमान पर लगभग सभी ज्ञात संक्षारक एजेंटों के प्रति प्रतिरोधी हो जाती है। यह कठोर वातावरण में इसके अनुप्रयोग को सुनिश्चित करता है।

क्रिस्टल संरचना के संदर्भ में, SiC की विविधता इसके 200 से अधिक विभिन्न क्रिस्टल रूपों में परिलक्षित होती है, यह विशेषता इसके क्रिस्टल के भीतर परमाणुओं को सघन रूप से पैक करने के विविध तरीकों के लिए जिम्मेदार है। यद्यपि कई क्रिस्टल रूप हैं, इन क्रिस्टल रूपों को मोटे तौर पर दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: घन संरचना (जस्ता मिश्रण संरचना) के साथ β-SiC और हेक्सागोनल संरचना (वर्टज़ाइट संरचना) के साथ α-SiC। यह संरचनात्मक विविधता न केवल SiC के भौतिक और रासायनिक गुणों को समृद्ध करती है, बल्कि शोधकर्ताओं को SiC-आधारित अर्धचालक सामग्रियों को डिजाइन और अनुकूलित करते समय अधिक विकल्प और लचीलापन भी प्रदान करती है।

कई SiC क्रिस्टल रूपों में, सबसे आम शामिल हैं-3 सी-सिक, 4H-SiC, 6H-SiC, और 15R-SiC। इन क्रिस्टल रूपों के बीच अंतर मुख्य रूप से उनकी क्रिस्टल संरचना में परिलक्षित होता है। 3C-SiC, जिसे क्यूबिक सिलिकॉन कार्बाइड के रूप में भी जाना जाता है, एक क्यूबिक संरचना की विशेषताओं को प्रदर्शित करता है और SiC के बीच सबसे सरल संरचना है। हेक्सागोनल संरचना वाले SiC को विभिन्न परमाणु व्यवस्था के अनुसार 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC और अन्य प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है। ये वर्गीकरण क्रिस्टल के अंदर परमाणुओं को पैक करने के तरीके, साथ ही जाली की समरूपता और जटिलता को दर्शाते हैं।

बैंड गैप एक प्रमुख पैरामीटर है जो तापमान सीमा और वोल्टेज स्तर निर्धारित करता है जिसमें अर्धचालक सामग्री काम कर सकती है। SiC के कई क्रिस्टल रूपों में से, 2H-SiC की बैंडगैप चौड़ाई 3.33 eV सबसे अधिक है, जो चरम स्थितियों में इसकी उत्कृष्ट स्थिरता और प्रदर्शन को दर्शाता है; 4H-SiC 3.26 eV की बैंडगैप चौड़ाई के साथ बारीकी से अनुसरण करता है; 6H-SiC में 3.02 eV का थोड़ा कम बैंडगैप है, जबकि 3C-SiC में 2.39 eV का सबसे कम बैंडगैप है, जो इसे कम तापमान और वोल्टेज पर अधिक व्यापक रूप से उपयोग करता है।

छिद्रों का प्रभावी द्रव्यमान सामग्री की छिद्र गतिशीलता को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक है। 3C-SiC का छिद्र प्रभावी द्रव्यमान 1.1m0 है, जो अपेक्षाकृत कम है, यह दर्शाता है कि इसकी छिद्र गतिशीलता अच्छी है। 4H-SiC का छेद प्रभावी द्रव्यमान हेक्सागोनल संरचना के आधार तल पर 1.75m0 है और आधार तल के लंबवत होने पर 0.65m0 है, जो विभिन्न दिशाओं में इसके विद्युत गुणों में अंतर दर्शाता है। 6H-SiC का छिद्र प्रभावी द्रव्यमान 4H-SiC के समान है, लेकिन कुल मिलाकर थोड़ा कम है, जिसका इसके वाहक गतिशीलता पर प्रभाव पड़ता है। विशिष्ट क्रिस्टल संरचना के आधार पर, इलेक्ट्रॉन का प्रभावी द्रव्यमान 0.25-0.7m0 की सीमा में भिन्न होता है।

वाहक गतिशीलता इस बात का माप है कि किसी सामग्री के भीतर इलेक्ट्रॉन और छिद्र कितनी तेजी से चलते हैं। 4H-SiC इस संबंध में अच्छा प्रदर्शन करता है। इसका छेद और इलेक्ट्रॉन गतिशीलता 6H-SiC से काफी अधिक है, जो पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में 4H-SiC को बेहतर प्रदर्शन देता है।

व्यापक प्रदर्शन के दृष्टिकोण से, प्रत्येक क्रिस्टल रूपसिकइसके अनूठे फायदे हैं। 6H-SiC अपनी संरचनात्मक स्थिरता और अच्छे ल्यूमिनेसेंस गुणों के कारण ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण के लिए उपयुक्त है।-3 सी-सिकअपनी उच्च संतृप्त इलेक्ट्रॉन बहाव गति के कारण उच्च-आवृत्ति और उच्च-शक्ति उपकरणों के लिए उपयुक्त है। 4H-SiC अपनी उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता, कम ऑन-प्रतिरोध और उच्च वर्तमान घनत्व के कारण बिजली इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए एक आदर्श विकल्प बन गया है। वास्तव में, 4H-SiC न केवल सर्वोत्तम प्रदर्शन, व्यावसायीकरण की उच्चतम डिग्री और सबसे परिपक्व तकनीक वाली तीसरी पीढ़ी की अर्धचालक सामग्री है, बल्कि यह उच्च दबाव, उच्च-शक्ति अर्धचालक उपकरणों के निर्माण के लिए भी पसंदीदा सामग्री है। तापमान, और विकिरण-प्रतिरोधी वातावरण।