Карбид кремния - Структура и свойства

Химия - Карбид кремния - Структура и свойства

28 февраля 2011

Оглавление:
1. Карбид кремния
2. Формы нахождения в природе
3. Производство
4. Структура и свойства
5. Использование

Структуры основных политипов SiC
3C-SiC
4H-SiC
6H-SiC

Существует примерно 250 кристаллических форм карбида кремния. Полиморфизм SiC характеризуется большим количеством схожих кристаллических структур, называемых политипами. Они являются вариациями одного и того же химического соединения, которые идентичны в двух измерениях, но отличаются в третьем. Таким образом, их можно рассматривать как слои, сложенные в стопку в определенной последовательности .

Альфа карбид кремния является наиболее часто встречающимся полиморфом. Эта модификация образуется при температуре свыше 1700 °C и имеет гексагональную решётку, кристаллическая структура типа вюрцита.

Бета-модификация, с кристаллической структурой типа цинковой обманки, образуется при температурах ниже 1700 °C . До недавнего времени бета-форма имела сравнительно небольшое коммерческое использование, однако, в настоящее время в связи с использованием его в качестве гетерогенных катализаторов интерес к ней увеличивается.

Свойства основных политипов карбида кремния
Политип	3C	4H	6H
Кристаллическая структура	Цинковая обмана	Гексагональная	Гексагональная
Пространственная группа	$~\mathrm{T^2_d-F43m}$	$~\mathrm{C^4_{6v}-P6_3mc}$	$~\mathrm{C^4_{6v}-P6_3mc}$
Символ Пирсона	$~\mathrm{cF8}$	$~\mathrm{hP8}$	$~\mathrm{hP12}$
Постоянные решётки	$~4.3596$	$~3.0730; 10.053$	$~3.0730; 15.11$
Плотность	3.21	3.21	3.21
Ширина запрещенной зоны	2.36	3.23	3.05
МОС	250	220	220
Теплопроводность)	3.6	3.7	4.9

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 происходит к пассивированию внешнего слоя.

Высокая температура сублимации карбидокремния делает его пригодным для создания подшипников и частей оборудования для высокотемпературных печей. Карбид кремния не плавится при любом известном давлении. Кроме того, является весьма инертным химическим веществом.

В настоящее время существует большой интерес в использовании данного вещества в качестве полупроводникового материала в электронике, где его высокая теплопроводность, высокое электрическое поле пробоя и высокая плотность электрического тока делают его перспективным материалом для высокомощных устройств . Карбид кремния имеет очень низкий коэффициент теплового расширения и он не испытывает фазовые переходы из-за которых может произойти разрушение монокристаллов.

Электропроводность

Карбид кремния является полупроводником, тип проводимости которого зависит от примесей. Проводимость n-типа получается при легировании азотом или фосфором, а p-тип — с помощью алюминия, бора, галлия или бериллия . Металлическая проводимость была достигнута за счет сильного легирования бором, алюминием и азотом. Сверхпроводимость была обнаружена в политипах 3C-SiC:Al, 3C-SiC:B и 6H-SiC:B при одинаковой температуре — 1,5 К .

Физические свойства

Является твердым, тугоплавким веществом. Кристаллическая решетка аналогична решетке алмаза. Является полупроводником.

Стандартная энтальпия образования: −66,1
Стандартная энергия Гиббса образования: −63,7
Стандартная энтропия образования: 16,61
Стандартная мольная теплоемкость: 26,86
Характер кристаллической решётки: атомный. Энергия кристаллической решётки: 299 ккал/г·форм