విభిన్న నిర్మాణాలతో SiC స్ఫటికాల మధ్య తేడాలు

సిలికాన్ కార్బైడ్ (SiC)అసాధారణమైన ఉష్ణ, భౌతిక మరియు రసాయన స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉండే పదార్థం, సంప్రదాయ పదార్థాల కంటే ఎక్కువ లక్షణాలను ప్రదర్శిస్తుంది. దీని ఉష్ణ వాహకత ఆశ్చర్యపరిచే 84W/(m·K), ఇది రాగి కంటే ఎక్కువ మాత్రమే కాకుండా సిలికాన్ కంటే మూడు రెట్లు ఎక్కువ. ఇది థర్మల్ మేనేజ్‌మెంట్ అప్లికేషన్‌లలో ఉపయోగించడం కోసం దాని అపారమైన సామర్థ్యాన్ని ప్రదర్శిస్తుంది. SiC యొక్క బ్యాండ్‌గ్యాప్ సిలికాన్ కంటే దాదాపు మూడు రెట్లు ఎక్కువ, మరియు దాని బ్రేక్‌డౌన్ ఎలక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ బలం సిలికాన్ కంటే ఎక్కువ పరిమాణంలో ఉంటుంది. అధిక-వోల్టేజ్ అప్లికేషన్‌లలో SiC అధిక విశ్వసనీయత మరియు సామర్థ్యాన్ని అందించగలదని దీని అర్థం. అదనంగా, SiC ఇప్పటికీ 2000°C అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద మంచి విద్యుత్ వాహకతను నిర్వహించగలదు, ఇది గ్రాఫైట్‌తో పోల్చవచ్చు. ఇది అధిక-ఉష్ణోగ్రత వాతావరణంలో ఆదర్శవంతమైన సెమీకండక్టర్ పదార్థంగా చేస్తుంది. SiC యొక్క తుప్పు నిరోధకత కూడా చాలా అత్యుత్తమమైనది. దాని ఉపరితలంపై ఏర్పడిన SiO2 యొక్క పలుచని పొర మరింత ఆక్సీకరణను సమర్థవంతంగా నిరోధిస్తుంది, ఇది గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద దాదాపుగా తెలిసిన అన్ని తినివేయు ఏజెంట్లకు నిరోధకతను కలిగిస్తుంది. ఇది కఠినమైన వాతావరణంలో దాని అప్లికేషన్‌ను నిర్ధారిస్తుంది.

క్రిస్టల్ నిర్మాణం పరంగా, SiC యొక్క వైవిధ్యం దాని 200 కంటే ఎక్కువ విభిన్న క్రిస్టల్ రూపాలలో ప్రతిబింబిస్తుంది, అణువులు దాని స్ఫటికాలలో దట్టంగా ప్యాక్ చేయబడిన విభిన్న మార్గాలకు ఆపాదించబడిన లక్షణం. అనేక క్రిస్టల్ రూపాలు ఉన్నప్పటికీ, ఈ స్ఫటిక రూపాలను స్థూలంగా రెండు వర్గాలుగా విభజించవచ్చు: క్యూబిక్ స్ట్రక్చర్‌తో β-SiC (జింక్ బ్లెండె స్ట్రక్చర్) మరియు α-SiC షట్కోణ నిర్మాణంతో (వర్ట్‌జైట్ స్ట్రక్చర్). ఈ నిర్మాణ వైవిధ్యం SiC యొక్క భౌతిక మరియు రసాయన లక్షణాలను సుసంపన్నం చేయడమే కాకుండా, SiC-ఆధారిత సెమీకండక్టర్ పదార్థాలను రూపొందించేటప్పుడు మరియు ఆప్టిమైజ్ చేసేటప్పుడు పరిశోధకులకు మరిన్ని ఎంపికలు మరియు సౌలభ్యాన్ని అందిస్తుంది.

అనేక SiC క్రిస్టల్ రూపాలలో, అత్యంత సాధారణమైనవి ఉన్నాయి3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, మరియు 15R-SiC. ఈ క్రిస్టల్ రూపాల మధ్య వ్యత్యాసం ప్రధానంగా వాటి క్రిస్టల్ నిర్మాణంలో ప్రతిబింబిస్తుంది. 3C-SiC, క్యూబిక్ సిలికాన్ కార్బైడ్ అని కూడా పిలుస్తారు, ఇది క్యూబిక్ నిర్మాణం యొక్క లక్షణాలను ప్రదర్శిస్తుంది మరియు SiCలో ఇది సరళమైన నిర్మాణం. షట్కోణ నిర్మాణంతో SiCని 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC మరియు వివిధ పరమాణు అమరికల ప్రకారం ఇతర రకాలుగా విభజించవచ్చు. ఈ వర్గీకరణలు స్ఫటికం లోపల అణువులు ప్యాక్ చేయబడిన విధానాన్ని, అలాగే లాటిస్ యొక్క సమరూపత మరియు సంక్లిష్టతను ప్రతిబింబిస్తాయి.

బ్యాండ్ గ్యాప్ అనేది సెమీకండక్టర్ పదార్థాలు పనిచేసే ఉష్ణోగ్రత పరిధి మరియు వోల్టేజ్ స్థాయిని నిర్ణయించే కీలకమైన పరామితి. SiC యొక్క అనేక క్రిస్టల్ రూపాలలో, 2H-SiC అత్యధిక బ్యాండ్‌గ్యాప్ వెడల్పు 3.33 eVని కలిగి ఉంది, ఇది తీవ్రమైన పరిస్థితుల్లో దాని అద్భుతమైన స్థిరత్వం మరియు పనితీరును సూచిస్తుంది; 4H-SiC 3.26 eV బ్యాండ్‌గ్యాప్ వెడల్పుతో దగ్గరగా అనుసరిస్తుంది; 6H-SiC 3.02 eV యొక్క కొంచెం తక్కువ బ్యాండ్‌గ్యాప్‌ను కలిగి ఉంది, అయితే 3C-SiC 2.39 eV యొక్క అత్యల్ప బ్యాండ్‌గ్యాప్‌ను కలిగి ఉంది, ఇది తక్కువ ఉష్ణోగ్రతలు మరియు వోల్టేజీల వద్ద మరింత విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది.

రంధ్రాల ప్రభావవంతమైన ద్రవ్యరాశి పదార్థాల రంధ్ర చలనశీలతను ప్రభావితం చేసే ఒక ముఖ్యమైన అంశం. 3C-SiC యొక్క రంధ్ర ప్రభావవంతమైన ద్రవ్యరాశి 1.1m0, ఇది సాపేక్షంగా తక్కువగా ఉంటుంది, దీని హోల్ మొబిలిటీ మంచిదని సూచిస్తుంది. 4H-SiC యొక్క హోల్ ఎఫెక్టివ్ మాస్ షట్కోణ నిర్మాణం యొక్క బేస్ ప్లేన్‌పై 1.75m0 మరియు బేస్ ప్లేన్‌కు లంబంగా ఉన్నప్పుడు 0.65m0, వివిధ దిశల్లో దాని విద్యుత్ లక్షణాలలో వ్యత్యాసాన్ని చూపుతుంది. 6H-SiC యొక్క రంధ్ర ప్రభావవంతమైన ద్రవ్యరాశి 4H-SiC మాదిరిగానే ఉంటుంది, కానీ మొత్తం మీద కొంచెం తక్కువగా ఉంటుంది, ఇది దాని క్యారియర్ మొబిలిటీపై ప్రభావం చూపుతుంది. ఎలక్ట్రాన్ యొక్క ప్రభావవంతమైన ద్రవ్యరాశి నిర్దిష్ట క్రిస్టల్ నిర్మాణాన్ని బట్టి 0.25-0.7m0 పరిధిలో మారుతుంది.

క్యారియర్ మొబిలిటీ అనేది పదార్థంలో ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాలు ఎంత వేగంగా కదులుతాయో కొలమానం. ఈ విషయంలో 4H-SiC బాగా పనిచేస్తుంది. దీని రంధ్రం మరియు ఎలక్ట్రాన్ మొబిలిటీ 6H-SiC కంటే గణనీయంగా ఎక్కువగా ఉన్నాయి, ఇది పవర్ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలలో 4H-SiC మెరుగైన పనితీరును అందిస్తుంది.

సమగ్ర పనితీరు యొక్క కోణం నుండి, ప్రతి క్రిస్టల్ రూపంSiCదాని ప్రత్యేక ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది. 6H-SiC దాని నిర్మాణ స్థిరత్వం మరియు మంచి ప్రకాశించే లక్షణాల కారణంగా ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల తయారీకి అనుకూలంగా ఉంటుంది.3C-SiCఅధిక సంతృప్త ఎలక్ట్రాన్ డ్రిఫ్ట్ వేగం కారణంగా అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు అధిక-శక్తి పరికరాలకు అనుకూలంగా ఉంటుంది. 4H-SiC అధిక ఎలక్ట్రాన్ మొబిలిటీ, తక్కువ ఆన్-రెసిస్టెన్స్ మరియు అధిక కరెంట్ డెన్సిటీ కారణంగా పవర్ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలకు ఆదర్శవంతమైన ఎంపికగా మారింది. వాస్తవానికి, 4H-SiC అనేది అత్యుత్తమ పనితీరు, అత్యధిక స్థాయి వాణిజ్యీకరణ మరియు అత్యంత పరిణతి చెందిన సాంకేతికత కలిగిన మూడవ తరం సెమీకండక్టర్ మెటీరియల్ మాత్రమే కాదు, అధిక పీడనం, అధిక-లో పవర్ సెమీకండక్టర్ పరికరాలను తయారు చేయడానికి ఇది ఇష్టపడే పదార్థం. ఉష్ణోగ్రత, మరియు రేడియేషన్-నిరోధక వాతావరణాలు.