Kiselkarbid - färglös och transparent

Kiselkarbid är ett färglöst och transparent halvledarmaterial. Det kan dopas av n-typ med kväve- eller fosfordopningsmedel och av p-typ med beryllium-, bor- eller aluminiumdopningsmedel för olika tillämpningar.

Med rätt hantering av deponeringsprocessen kan material med optiska gap E 04 mellan 2,0 eV och 2,8 eV och mörka konduktiviteter på upp till 0,1 S/cm produceras.

Färg

Kiselkarbid (SiC) kan variera i färg från färglös eller ljusgrå, med bruna till svarta nyanser på grund av järnföroreningar i industriell SiC. Bland de dopningsalternativ som finns för SiC kan nämnas kväve- eller fosfordopning som n-typ, och dopning med bor, aluminium och gallium för att ge olika egenskaper för användning i elektroniska applikationer.

Kiselkarbid är ett av de hårdaste konventionella slipmedlen och även ett av de snabbaste slipmaterialen som finns, med utmärkt slagtålighet, mindre sprödhet än aluminiumoxid eller diamant, och lämpar sig för hårda och spröda material som glas eller karbider, plast och martensitiska rostfria stål - samt är ett föredraget material för slipning av icke-järnmetaller med hög kolhalt som gråjärn.

Slipande SiC finns i två kvaliteter, grön och svart. Grön SiC är dyrare och vanligtvis 99,9% ren (fig. 1.9), vilket gör den bäst lämpad för precisionsslipning medan oren svart SiC främst kan användas för grovbearbetning.

Kiselkarbid förekommer naturligt som en extremt sällsynt ädelsten som kallas moissanit, som har mer eld och briljans än diamant men kostar betydligt mindre. Forskare har återskapat moissanit i tillräckligt stora mängder för att det ska vara överkomligt för juvelerare som Charles & Colvard; dessutom används det i vissa avancerade kokkärls fluorbeläggningar för att öka slitstyrkan.

Öppenhet

Kiselkarbidens förmåga att överföra ljus i synliga våglängder gör den idealisk för användning i applikationer som rör celltillväxt och bildbehandling, samt för att förbättra mikrovågsbaserad kemi eftersom den absorberar och överför mikrovågsenergi effektivt till blandningar som inte absorberar mikrovågor väl eller är mikrovågstransparenta eller dåligt absorberande.

Material med ett brett bandgap gör att det kan fungera antingen som halvledare eller isolator beroende på dess koncentration av fria elektroner, som bestäms av bredden på bandgapet; elektriska fält kan användas för att manipulera denna koncentration för olika effekter; till exempel ökar dopning med dopämnen av p-typ koncentrationen av fria elektroner, vilket leder till högre ledningsförmåga.

Hög transparens är avgörande vid tillverkning av halvledare för frontkontakt i c-Si-solceller för att minimera spridningen av elektroner under sondering och säkerställa att TEM-bilder (transmissionselektronmikroskop) visas tydligt. Därför bör fönster som består av material som är mycket transparenta, kemiskt inerta, mekaniskt starka och lätta att bearbeta användas som fönsterlösningar.

I denna forskning användes kemisk förångningsdeposition under lågt tryck för att deponera tunna lager av a-SiC för utvärdering som potentiellt material för TEM-elektrongenomskinliga fönster. Deras fysikaliska och kemiska egenskaper, såsom struktur, sammansättning, kontinuitet, inre spänningsnivåer och grovhet bedömdes; de som uppvisade de bästa egenskaperna valdes sedan för att konstruera 16 nm tjocka fönster för testning med TEMS elektronstrålemikroskop.

Smältpunkt

SiC är ett av de hårdaste material som finns, det har en mycket hög smältpunkt och kan motstå extrem värme, tryck och kemiska chocker - egenskaper som visar dess betydelse som element i moderna tekniska tillämpningar.

Kiselkarbid har en smältpunkt på 2.700 grader Celsius, vilket gör det till det hetaste industriella keramiska material som finns. Dessutom är dess värmeledningsförmåga tre gånger högre än kisel, vilket gör att det effektivare kan avleda energi i system.

Med sin höga värmebeständighet och utmärkta mekaniska styrka och slagtålighet är kolfiber ett attraktivt materialval för applikationer som arbetar i starkt korrosiva miljöer.

Kiselkarbid har en låg termisk expansionskoefficient och genomgår inte fasövergångar som skulle leda till diskontinuiteter i temperaturfluktuationer, vilket gör det till ett idealiskt slipmaterial för slipning eller slipning av material med lägre draghållfasthet.

Peptider fungerar som katalysatorer vid oxidation av C4-kolväten till maleinsyraanhydrid. Deras naturliga motståndskraft mot oxidation, i kombination med nyupptäckta metoder för att producera beta-former med högre ytarea, har gjort dem till attraktiva material att använda i olika applikationer.

Kiselkarbid är en naturlig ädelsten, men för sällsynt för att utvinnas och användas som smycken. Charles & Colvard använder en innovativ, patenterad process för att producera hållbara men ändå högkvalitativa kiselkarbidkristaller för användning i sina smycken. Den laboratoriebaserade verksamheten efterliknar naturens processer utan att gruvdrift behövs för att uppnå superhårda kristaller med oöverträffad hårdhet som håller hela livet.

Konduktivitet

Kiselkarbid är ett extremt hårt material med utmärkt värmeledningsförmåga och kemisk stabilitet, vilket gör det till det perfekta materialet för applikationer som arbetar under svåra förhållanden. Dessutom garanterar dess kemiska beständighet att det inte utsätts för nedbrytning som skulle hindra andra material. Därför har kiselkarbid blivit ett viktigt industriellt keramiskt material som används i en rad olika tekniska och industriella tillämpningar.

Kiselkarbidens fysikaliska egenskaper bestäms av dess kristallstruktur och de olika atomarrangemang som finns i dess lager, liksom den bandgapsbredd som den uppvisar - denna faktor bestämmer dess optiska egenskaper; material med bredare bandgap tenderar att vara ogenomskinliga eller genomskinliga medan de med smalare bandgap tenderar att vara transparenta.

Kiselkarbidens konduktivitet bestäms till stor del av koncentrationen av majoritetsladdningsbärare (elektroner) vid gränssnittet mellan c-Si och c-SiO2. Vid deponering vid högre temperatur uppvisar icke-stökiometrisk amorf nc-SiC:H(n) starkare bandböjning nära detta gränssnitt, vilket leder till starkare ackumulering av laddningsbärare samtidigt som generering av minoritetsladdningsbärare vid ytan undertrycks.

Det har visats att nc-SiC:H(n), när det deponeras på c-Si, ger både utmärkt ytpassivering och god optisk transparens. Detta uppnås utan att det behövs dopade intrinsic- eller poly-Si-lager på substratet, vilket skulle kunna minska transparensen eller orsaka vätekontamineringsdefekter vid gränssnitten.