خبریں - سلکان کاربائیڈ کی ساخت اور ترقی کی ٹیکنالوجی

سب سے پہلے، SiC کرسٹل کی ساخت اور خصوصیات.

SiC ایک بائنری کمپاؤنڈ ہے جو Si عنصر اور C عنصر سے 1:1 کے تناسب میں بنتا ہے، یعنی 50% سلکان (Si) اور 50% کاربن (C)، اور اس کی بنیادی ساختی اکائی SI-C ٹیٹراہیڈرون ہے۔

سلکان کاربائیڈ ٹیٹراہیڈرون ڈھانچے کا اسکیمیٹک خاکہ

مثال کے طور پر، سی ایٹم قطر میں بڑے ہوتے ہیں، ایک سیب کے برابر ہوتے ہیں، اور سی ایٹم قطر میں چھوٹے ہوتے ہیں، ایک نارنجی کے برابر، اور سیب کرسٹل بنانے کے لیے یکساں تعداد میں سنتری اور سیب ایک ساتھ ڈھیر ہوتے ہیں۔

SiC ایک بائنری کمپاؤنڈ ہے، جس میں Si-Si بانڈ ایٹم اسپیسنگ 3.89 A ہے، اس اسپیسنگ کو کیسے سمجھیں؟ اس وقت مارکیٹ میں موجود سب سے بہترین لیتھوگرافی مشین میں 3nm کی لیتھوگرافی کی درستگی ہے، جو کہ 30A کا فاصلہ ہے، اور لیتھوگرافی کی درستگی جوہری فاصلے سے 8 گنا زیادہ ہے۔

Si-Si بانڈ انرجی 310 kJ/mol ہے، لہذا آپ سمجھ سکتے ہیں کہ بانڈ انرجی وہ قوت ہے جو ان دو ایٹموں کو الگ کرتی ہے، اور بانڈ انرجی جتنی زیادہ ہوگی، اتنی ہی زیادہ قوت جس کی آپ کو الگ کرنے کی ضرورت ہے۔

سلکان کاربائیڈ ٹیٹراہیڈرون ڈھانچے کا اسکیمیٹک خاکہ

ہم جانتے ہیں کہ ہر مادہ ایٹموں سے بنا ہوتا ہے، اور کرسٹل کی ساخت ایٹموں کی ایک باقاعدہ ترتیب ہوتی ہے، جسے طویل فاصلے کا حکم کہا جاتا ہے، جیسا کہ درج ذیل ہے۔ سب سے چھوٹی کرسٹل اکائی کو سیل کہا جاتا ہے، اگر سیل کیوبک ڈھانچہ ہے تو اسے قریبی پیکڈ کیوبک کہا جاتا ہے، اور سیل ایک ہیکساگونل ڈھانچہ ہے، اسے قریبی پیکڈ ہیکساگونل کہا جاتا ہے۔

عام SiC کرسٹل اقسام میں 3C-SiC، 4H-SiC، 6H-SiC، 15R-SiC، وغیرہ شامل ہیں۔ c محور کی سمت میں ان کے اسٹیکنگ کی ترتیب کو شکل میں دکھایا گیا ہے۔

ان میں، 4H-SiC کا بنیادی اسٹیکنگ ترتیب ABCB ہے... ; 6H-SiC کا بنیادی اسٹیکنگ ترتیب ABCACB ہے... ; 15R-SiC کا بنیادی اسٹیکنگ ترتیب ABCACBCABACABCB ہے...

اسے گھر بنانے کے لیے ایک اینٹ کے طور پر دیکھا جا سکتا ہے، گھر کی اینٹوں میں سے کچھ کے پاس رکھنے کے تین طریقے ہوتے ہیں، کچھ میں چار طریقے ہوتے ہیں، کچھ کے پاس چھ طریقے ہوتے ہیں۔
ان عام SiC کرسٹل اقسام کے بنیادی سیل پیرامیٹرز ٹیبل میں دکھائے گئے ہیں:

a، b، c اور زاویوں کا کیا مطلب ہے؟ SiC سیمی کنڈکٹر میں سب سے چھوٹے یونٹ سیل کی ساخت کو اس طرح بیان کیا گیا ہے:

ایک ہی سیل کے معاملے میں، کرسٹل کی ساخت بھی مختلف ہوگی، یہ اس طرح ہے جیسے ہم لاٹری خریدتے ہیں، جیتنے والا نمبر 1، 2، 3 ہے، آپ نے 1، 2، 3 تین نمبر خریدے، لیکن اگر نمبر کو ترتیب دیا جائے مختلف طریقے سے، جیتنے کی رقم مختلف ہے، لہذا ایک ہی کرسٹل کی تعداد اور ترتیب کو ایک ہی کرسٹل کہا جا سکتا ہے۔
مندرجہ ذیل اعداد و شمار دو عام اسٹیکنگ طریقوں کو ظاہر کرتا ہے، صرف اوپری ایٹموں کے اسٹیکنگ موڈ میں فرق، کرسٹل ڈھانچہ مختلف ہے۔

SiC کی طرف سے تشکیل کردہ کرسٹل ڈھانچہ درجہ حرارت سے مضبوطی سے متعلق ہے. 1900 ~ 2000 ℃ کے اعلی درجہ حرارت کی کارروائی کے تحت، 3C-SiC کمزور ساختی استحکام کی وجہ سے آہستہ آہستہ ہیکساگونل SiC پولی فارم جیسے 6H-SiC میں تبدیل ہو جائے گا۔ یہ قطعی طور پر SiC پولیمورفس اور درجہ حرارت کی تشکیل کے امکان اور خود 3C-SiC کے عدم استحکام کے درمیان مضبوط ارتباط کی وجہ سے ہے، 3C-SiC کی شرح نمو کو بہتر بنانا مشکل ہے، اور تیاری مشکل ہے۔ 4H-SiC اور 6H-SiC کا مسدس نظام سب سے عام اور تیار کرنے میں آسان ہے، اور ان کی اپنی خصوصیات کی وجہ سے وسیع پیمانے پر مطالعہ کیا جاتا ہے۔

SiC کرسٹل میں SI-C بانڈ کی لمبائی صرف 1.89A ہے، لیکن پابند توانائی 4.53eV تک زیادہ ہے۔ لہذا، بانڈنگ ریاست اور اینٹی بانڈنگ ریاست کے درمیان توانائی کی سطح کا فرق بہت بڑا ہے، اور ایک وسیع بینڈ گیپ بن سکتا ہے، جو Si اور GaAs سے کئی گنا زیادہ ہے۔ زیادہ بینڈ گیپ چوڑائی کا مطلب ہے کہ اعلی درجہ حرارت کا کرسٹل ڈھانچہ مستحکم ہے۔ متعلقہ پاور الیکٹرانکس اعلی درجہ حرارت اور آسان گرمی کی کھپت کے ڈھانچے پر مستحکم آپریشن کی خصوصیات کو محسوس کر سکتا ہے۔

Si-C بانڈ کی سخت پابندی کی وجہ سے جالی میں کمپن کی اعلی تعدد ہوتی ہے، یعنی ایک اعلی توانائی والا فونون، جس کا مطلب ہے کہ SiC کرسٹل میں اعلیٰ سیر شدہ الیکٹران کی نقل و حرکت اور تھرمل چالکتا ہے، اور متعلقہ پاور الیکٹرانک آلات میں زیادہ سوئچنگ کی رفتار اور وشوسنییتا، جو آلہ کے زیادہ درجہ حرارت کی ناکامی کے خطرے کو کم کرتی ہے۔ اس کے علاوہ، SiC کی اعلی خرابی فیلڈ طاقت اسے زیادہ ڈوپنگ ارتکاز حاصل کرنے اور کم آن مزاحمت کرنے کی اجازت دیتی ہے۔

دوسرا، SiC کرسٹل ترقی کی تاریخ

1905 میں، ڈاکٹر ہنری موئسن نے گڑھے میں ایک قدرتی SiC کرسٹل دریافت کیا، جسے انہوں نے ہیرے سے مشابہ پایا اور اس کا نام Mosan ہیرا رکھا۔

درحقیقت، 1885 کے اوائل میں، ایچیسن نے کوک کو سلیکا کے ساتھ ملا کر اور اسے برقی بھٹی میں گرم کرکے ایس آئی سی حاصل کیا۔ اس وقت لوگوں نے اسے ہیروں کا مرکب سمجھا اور اسے ایمری کہا۔

1892 میں، ایچیسن نے ترکیب کے عمل کو بہتر کیا، اس نے کوارٹج ریت، کوک، لکڑی کے چپس اور NaCl کی تھوڑی مقدار کو ملایا، اور اسے برقی قوس کی بھٹی میں 2700℃ تک گرم کیا، اور کامیابی سے سکیلی SiC کرسٹل حاصل کیے۔ SiC کرسٹل کی ترکیب کا یہ طریقہ Acheson طریقہ کے طور پر جانا جاتا ہے اور اب بھی صنعت میں SiC رگڑنے کا مرکزی دھارے کا طریقہ ہے۔ مصنوعی خام مال کی کم پاکیزگی اور کھردری ترکیب کے عمل کی وجہ سے، اچیسن طریقہ زیادہ سی سی نجاست، ناقص کرسٹل سالمیت اور چھوٹے کرسٹل قطر پیدا کرتا ہے، جو بڑے سائز کے لیے سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کی ضروریات کو پورا کرنا مشکل ہے، اعلیٰ طہارت اور اعلی معیار کے کرسٹل، اور الیکٹرانک آلات کی تیاری کے لیے استعمال نہیں کیے جا سکتے۔

لیلی آف فلپس لیبارٹری نے 1955 میں SiC سنگل کرسٹل اگانے کے لیے ایک نیا طریقہ تجویز کیا۔ اس طریقے میں، گریفائٹ کروسیبل کو نمو کے برتن کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، SiC پاؤڈر کرسٹل کو SiC کرسٹل اگانے کے لیے خام مال کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، اور غیر محفوظ گریفائٹ کو الگ تھلگ کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ بڑھتے ہوئے خام مال کے مرکز سے ایک کھوکھلا علاقہ۔ بڑھتے وقت، گریفائٹ کروسیبل کو Ar یا H2 کے ماحول کے تحت 2500 ℃ تک گرم کیا جاتا ہے، اور پیریفرل SiC پاؤڈر کو سڑ جاتا ہے اور Si اور C بخارات کے مرحلے کے مادوں میں گل جاتا ہے، اور SiC کرسٹل گیس کے بعد درمیانی کھوکھلی علاقے میں اگایا جاتا ہے۔ بہاؤ غیر محفوظ گریفائٹ کے ذریعے منتقل ہوتا ہے۔

تیسری، SiC کرسٹل ترقی ٹیکنالوجی

SiC کی واحد کرسٹل ترقی اس کی اپنی خصوصیات کی وجہ سے مشکل ہے۔ یہ بنیادی طور پر اس حقیقت کی وجہ سے ہے کہ ماحولیاتی دباؤ پر Si: C = 1:1 کے stoichiometric تناسب کے ساتھ کوئی مائع مرحلہ نہیں ہے، اور یہ سیمی کنڈکٹر کے موجودہ مرکزی دھارے کی ترقی کے عمل کے ذریعے استعمال ہونے والے زیادہ پختہ نمو کے طریقوں سے نہیں اگایا جا سکتا ہے۔ صنعت - cZ طریقہ، گرنے کے کروسیبل طریقہ اور دیگر طریقے۔ نظریاتی حساب کے مطابق، صرف اس صورت میں جب دباؤ 10E5atm سے زیادہ ہو اور درجہ حرارت 3200℃ سے زیادہ ہو، Si: C = 1:1 محلول کا stoichiometric تناسب حاصل کیا جا سکتا ہے۔ اس مسئلے پر قابو پانے کے لیے، سائنس دانوں نے کرسٹل کے اعلیٰ معیار، بڑے سائز اور سستے SiC کرسٹل کے حصول کے لیے مختلف طریقے تجویز کرنے کی مسلسل کوششیں کی ہیں۔ اس وقت، اہم طریقے PVT طریقہ، مائع مرحلے کا طریقہ اور اعلی درجہ حرارت بخار کیمیائی جمع کرنے کا طریقہ ہیں۔

پوسٹ ٹائم: جنوری-24-2024

سلکان کاربائیڈ کی ساخت اور ترقی کی ٹیکنالوجی (Ⅰ)