Карбид кремния

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
(перенаправлено с «SiC»)
Перейти к: навигация, поиск

Карбид кремния



Химическая формула:
SiC
Отн. молек. масса:
40,0962 а.е.м.
Молярная масса:
40,0962 г/моль

Термодинамика:

Состояние (ст. усл):
твёрдое тело
Твёрдость по Моосу:
9,1-9,5






Образование и разложение:


Температура разложения:
2830 °C
3103,15 K
5126 °F
5585,67 °R







Карби́д кре́мния, (карбору́нд) — бинарное неорганическое химическое соединение кремния с углеродом. Кристаллы — SiC, бесцветные с алмазным блеском. В природе встречается в виде минерала — муассанита (минералог. назв.). Чистый карбид кремния бесцветен. Его оттенки от коричневого до черного цвета связаны с примесями железа. Радужный блеск кристаллов обуславливается тем, что при контакте с воздухом на их поверхности образуется плёнка из диоксида кремния, что приводит к пассивированию внешнего слоя.

Применение SiC[править]

Карборунд техническое название карбида кремния используемого в технических целях в качестве абразива. Используется так же для изготовления деталей химической и металлургической аппаратуры, работающих в условиях высоких температур. Цвет карборунда может варьироваться от бесцветного, до зеленого или чёрного.

Карбид кремния является перспективным полупроводниковым материалом. Он представляет собой широкозонный полупроводник (ширина запрещённой зоны Eg=2,2÷3,2 эВ, в зависимости от модификации).

Тип проводимости карбида кремния зависит от примесей. Проводимость n-типа получается при легировании азотом или фосфором, а проводимость p-типа — с помощью алюминия, бора, галлия или бериллия. От типа и количества примеси сильно зависит электропроводность полученного материала[1].

Использование карбида кремния перспективно в силовой и СВЧ электронике в связи с высокими рабочими температурами, электрической прочностью и хорошей теплопроводностью. Широкая запрещенная зона открывает возможность использования карбида кремния в качестве материала для изготовления высокоэффективных светодиодов, охватывающих весь видимый диапазон спектра. Использование карбида кремния в качестве полупроводникового материала в настоящее время только начинается в связи с трудностью получения его высококачественных монокристаллов.

Карбид кремния используется как компонент композитной брони, применяемой для защиты вооружения и военной техники, а также в виде составного элемента слоистой брони керамика/органопластик в производстве бронежилетов. В бронежилете «Кожа дракона», созданном компанией Pinnacle Armor, используются диски из карбида кремния[2].

Из карбида кремния делают искусственные драгоценные камни для ювелирных изделий. Как ювелирный камень карбид кремния называется «синтетический муассанит» или просто «муассанит». Муассанит похож на алмаз: он прозрачен и тверд (9—9,5 по шкале Мооса, по сравнению с 10 для алмаза), с показателем преломления 2,65—2,69 (по сравнению с 2,42 для алмаза).

Свойства SiC[править]

Тугоплавок (температура разложения 2830 °C), химически стоек, по твердости уступает лишь алмазу и нитриду бора — боразону.

Методы получения SiC[править]

Простейшим способом производства является спекание кремнезема с углеродом в графитовой электропечи Ачесона при высокой температуре 1800—2300 °C из смеси кварцевого песка (51—55%), кокса (35—40%) с добавкой NaCI (1—5%) и древесных опилок (5—10%). $$~\mathsf{SiO_2 + 3C \xrightarrow{1600-2500^oC} SiC + 2CO}$$

Чистота карбида кремния, образующегося в печи Ачесона, зависит от расстояния до графитового электрода в печи. Кристаллы высокой чистоты бесцветного, бледно-жёлтого и зелёного цвета находятся ближе всего к электроду. С увеличением расстояния от электрода цвет изменяется на синий или черный из-за присутствия примесей.

Сложно получать сверхчистые кристаллы SiC. Из-за высоких значений температуры и давления, при которых существует расплав карбида кремния, классические методы получения из него монокристаллов не применимы.

Используют методы выращивания кристаллов SiC из газовой фазы или из растворов в расплаве. Большое распространение получил метод сублимации. В этом методе рост кристаллов карбида кремния происходит из газовой фазы в графитовых тиглях в атмосфере инертных газов при температуре 2500-2600 °C. Эпитаксиальные слои и твердые растворы на основе карбида кремния можно получать всеми известными методами, используемыми в полупроводниковой технологии. Технология формирования структур карбида кремния на подложках кремния принципиально не отличается от процессов получения кремниевых пленок. Гетероэпитаксиальные слои выращиваются методом газофазной эпитаксии в открытой системе. В качестве газа-носителя используется водород диффузионной очистки; в первой зоне свободный углерод связывается с водородом и переносится в зону роста полупроводниковой пленки.

Литература[править]

  • Карбид кремния: технология, свойства, применение/Под ред. Беляева А. Е., Конаковой Р. В. — Харьков. «ИСМА». 2010. — 532 с.

Ссылки[править]

  1. Harris, Gary Lynn Свойства карбида кремния = Properties of silicon carbide ‭. — United Kingdom: IEE, 1995. — 282 с. — ISBN 0852968701>
  2. "Dragon Skin – Most Protective Body Armor – Lightweight". Future Firepower. Archived from the original on 2012-04-24.