Кристаллическая структура полиморфных и политипных модификаций карбида кремния

• Автор: Агалямова, Эльвира Наилевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 121 с. : ил.

Содержание

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1. ПОЛИТИПИЗМ И ПОЛИМОРФИЗМ. ПОЛИТИПНЫЕ И ПОЛИМОРФНЫЕ МОДИФИКАЦИИ КАРБИДА КРЕМНИЯ

1.1. Политипизм. Механизмы формирования политипов и фазовых превращений

1.2. Особенности структуры политипов. Классификационные схемы описания структуры

1.3. Полиморфизм

1.4. Политипизм и полиморфизм SiC

1.4.1. Структура и свойства кристаллов карбида кремния

1.4.2. Способы синтеза SiC

1.4.3. Формирование политипов SiC

1.4.4. Формирование полиморфных модификаций SiC„

1.5. Постановка задачи исследования
2. СТРУКТУРНЫЕ МОДЕЛИИ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Выбор методов для расчета структуры и свойств политипных и полиморфных модификаций карбида кремния
2.1.1. Методы молекулярной механики
2.1.2. Полуэмпирические квантово-механические методы
2.2. Методика моделирования и структурные модели политипных модификаций SiC
2.2.1. Методика модельного анализа структуры различных политипов карбида кремния
2.2.2. Методика моделирования кластеров SiC со структурой различных политипов
2.2.3. Методика анализа взаимосвязи размеров нанокристаллов SiC и их структурных характеристик

2.3. Структурные модели и методика модельных расчетов полиморфных модификаций карбида кремния
2.3.1. Выбор структурных элементов карбидкремниевых фаз
2.3.2. Методика расчета структурных, энергетических параметров и свойств полиморфных модификаций БІС
3. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ПОЛИТИПОВ КАРБИДА КРЕМНИЯ
3.1. Модельный анализ структуры' различных политипов карбида кремния
3.2. Моделирование кластеров БІС со структурой различных политипов
3.3. Анализ взаимосвязи размеров нанокристаллов БІС и их структурными характеристиками
4. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ПОЛИМОРФНЫХ МОДИФИКАЦИЙ КАРБИДА КРЕМНИЯ
4.1. Классификационная схема полиморфных модификаций БІС и модельный механизм их получения из наноструктур-предшественников
4.2. Результаты расчета структурных характеристик карбидкремниевых фаз
4.3. Результаты расчета энергетических характеристик и свойств БІС-

5. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
5.1. Особенности структуры и закономерности формирования политипов карбида кремния
5.2. Закономерности формирования и особенности структуры
полиморфных разновидностей карбида кремния
Основные результаты и выводы
Список публикаций автора по теме диссертации
Список литературы

Общая характеристика работы
Актуальность работы
Свойства твердых тел, в первую очередь, определяются их составом и структурой. Варьируя состав и структуру, можно получать материалы с различными свойствами. Изучение закономерностей формирования структуры твердых тел и ее влияние на свойства является одной из важнейших задач физики конденсированного состояния, так как понимание этих закономерностей необходимо для решения практических задач получения материалов с требуемыми свойствами. Фазы, с различной структурой могут устойчиво существовать только в определенных диапазонах значений термодинамических параметров. Однако для некоторых материалов (в первую очередь с преимущественно ковалентным типом связей) фазы с различной кристаллической структурой способны существовать при одинаковых условиях, не испытывая фазовых превращений. Для таких материалов варьировать свойства при одинаковых термодинамических условиях и химическом составе можно за- счет изменения, кристаллической структуры их фаз. К таким фазам относятся политипные и некоторые полиморфные разновидности твердых тел. Поэтому изучение закономерностей формирования структуры политипов и полиморфов является актуальной задачей физики конденсированного состояния, имеющей как фундаментальное, так и прикладное значение.
Политипизм это способность кристаллических твердых тел кристаллизоваться- в виде множества структурных модификаций, отличающихся упаковкой идентичных слоев, которые представляют собой элементы структуры базовой решетки. Политипизм впервые был обнаружен в 1912 г. Баумгауэром в монокристаллах Б1С. Среди политипных модификаций карбида кремния выделяют фазы, имеющие кубическую кристаллическую структуру - Р-БЮ (или ЗС-БЮ), а также фазы, имеющие гексагональную и ромбоэдрическую а-БЮ-структуру (например, 2Н-Б1С, 4Н-

Таблица 1.4.
Компании, ведущие исследовательские работы в области SiC [42]
Профиль компании Компания
США Европа Япония
Военные/аэрокосмические устройства Northrop Grumman, HRL Thales, AMS, EADS, Ericsson MW
Высокочастотные /силовые полупроводниковые приборы Triquint Infineon, STMicroelectronics, Dynex Hitachi, Toshiba, Toyota
Вертикальноинтегрированные приборы (подложки, чипы) Cree, Semisouth, TDI, Nitronex Siced/Sicrystal Большие компании частично вертикальноинтегрированные
Подложки Dow Coming, CREE
Автоматизация, силовая электроника General Electric Siemens Mitsubishi Electric
Автомобильная электроника - - Toyota/Denso
Оптоэл ектрони ка1 Lumileds, Kopin, Cree Osram Opto Semiconductor Nichia, Sony
Оборудование Vceco Aixtron, Riber Takeuchi, Nippon Sanso
В последние годы определилась еще одна область применения БЮ. Чистые (прозрачные) кристаллы БЮ при огранке похожи на алмаз, но их стоимость намного, ниже (даже при "каратных" размерах). С 1995 года начался выпуск ювелирных изделий на основе БЮ, который в этих изделиях был снова назван "муассанитом" [42]:
1.4.2. Способы синтеза 81С
Существует несколько основных методов получения ЭЮ [43]:
1. Восстановление 8Ю2 углеродом при нагреве.
2. Получение 81 С-кристаллов из раствора — расплава.
3. Получение из газообразных соединений.
4. Получение методом пар — жидкость — твёрдая фаза (метод усов). Восстановление БЮ?углеродом пуи нагреве'.
При таком способе синтеза карбид кремния получают в электропечах при 2000-2200° из смеси кварцевого песка (51-55%), кокса (35-40%), с добавкой ИаС1 (1-5%) и древесных опилок (5-10%).