كربيد السيليكون (SiC) هي مادة شبه موصلة مستخدمة على نطاق واسع معروفة بخصائصها الاستثنائية. يستخدم بشكل شائع في العديد من التطبيقات بسبب الموصلية الحرارية العالية, ذات فجوة نطاق واسعة, وقوة ميكانيكية ممتازة. لكن, هناك أنواع متعددة من SiC, بما في ذلك 4H SiC و 6 H-SiC, التي تمتلك خصائص فريدة. في هذه المقالة, سوف نستكشف الفرق بين 4H SiC و 6H-SiC, تسليط الضوء على هياكلها البلورية, ملكيات, والتطبيقات.

نظرة عامة على كربيد السيليكون

كربيد السيليكون مركب يتكون من ذرات السيليكون والكربون. إنها مادة تساهمية ذات صيغة كيميائية كربيد الصوديوم. يوجد كربيد السيليكون في تراكيب بلورية مختلفة, المعروف باسم تعدد الأنواع, مع أكثرها شيوعًا هي 3C, 4ح, و 6 ح. تختلف هذه الأنواع المتعددة في تسلسل التراص وترتيبات الذرات, مما يؤدي إلى اختلافات في خصائصها الفيزيائية والكهربائية.

هيكل كربيد السيليكون

ال التركيب البلوري لكربيد السيليكون يحدد خصائصه وأدائه. ينتمي كل من 4H SiC و 6 H-SiC إلى النظام البلوري السداسي. يكمن الاختلاف في تسلسل التراص. في 4H SiC, يتم تكديس الطبقات في تسلسل ABCB, بينما في 6H-SiC, تسلسل التراص هو ABABAB. هذا الاختلاف في التكديس يؤدي إلى اختلافات في التناظر, ثوابت شعرية, والخواص الكهربائية لهذه الأنواع المتعددة.

أنواع كربيد السيليكون

يتوفر كربيد السيليكون في أنواع مختلفة بناءً على عدد الطبقات في هيكله البلوري. تشمل الأنواع الشائعة الاستخدام 3C, 4ح, 6ح, و 15R SiC. بين هذه, 4تمت دراسة H SiC و 6 H-SiC على نطاق واسع واستخدامها في تطبيقات أشباه الموصلات المختلفة. كلا النوعين لهما خصائص مادية ممتازة, but their specific characteristics set them apart.

Difference between 4H SiC and 6H-SiC

هيكل بلوري

The crystal structure is the primary distinction between 4H SiC and 6H-SiC. كما ذكر آنفا, 4H SiC has an ABCB stacking sequence, resulting in a higher symmetry compared to 6H-SiC’s ABABAB stacking. This difference in symmetry affects the crystal growth process, resulting in variations in defect densities and crystal quality.

الخصائص الفيزيائية

In terms of physical properties, يظهر كل من 4H SiC و 6 H-SiC خصائص متشابهة. لديهم صلابة عالية, الموصلية الحرارية الممتازة, ومقاومة كيميائية استثنائية. لكن, بسبب الاختلاف في التركيب البلوري, 4يحتوي H SiC على موصلية حرارية أعلى على طول المحور c, بينما يُظهر 6H-SiC موصلية حرارية أعلى في المستوى الأساسي. هذا التمييز يجعل كل نوع متعدد مناسب لتطبيقات محددة تتطلب تبديد الحرارة في اتجاهات مختلفة.

الخصائص الكهربائية

تختلف الخصائص الكهربائية لـ 4H SiC و 6 H-SiC أيضًا بسبب الهياكل البلورية. 4تتمتع H SiC بحركة إلكترون أعلى مقارنة بـ 6H-SiC, مما يجعلها مثالية للأجهزة عالية التردد وعالية الطاقة. من ناحية أخرى, 6يُظهر H-SiC تركيزًا أقل من عيوب المستوى العميق, مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب ركائز عالية الجودة مع معدلات إعادة تركيب منخفضة للحامل.

التطبيقات

يجد كل من 4H SiC و 6 H-SiC تطبيقات في مختلف المجالات. الخصائص الفريدة لهذه الأنواع المتعددة تجعلها مثالية لأجهزة أشباه الموصلات المختلفة. 4يستخدم H SiC بشكل شائع في الأجهزة الإلكترونية عالية الطاقة, مثل الترانزستورات, الثنائيات شوتكي, والترانزستورات ثنائية القطب. كما أنها تستخدم في تطبيقات الميكروويف, الثنائيات الباعثة للضوء فوق البنفسجي (المصابيح), وكاشفات الإشعاع. 6H- كربيد, على الجانب الآخر, مفضل للتطبيقات التي تتطلب ركائز عالية الجودة, بما في ذلك النمو فوق المحور وتصنيع الأجهزة الإلكترونية.

مقارنة بين 4H SiC و 6H-SiC

في تلخيص, الاختلافات الرئيسية بين 4H SiC و 6H-SiC هي في الهياكل البلورية, الخصائص الفيزيائية, والخواص الكهربائية. 4يُظهر H SiC موصلية حرارية أعلى على طول المحور c, ارتفاع حركة الإلكترون, ومناسبة للتطبيقات عالية الطاقة. 6H- كربيد, بكثافة الخلل المنخفضة ومعدلات إعادة التركيب الحاملة المنخفضة, هو أكثر ملاءمة لتطبيقات الركيزة عالية الجودة. يعتمد الاختيار بين النوعين على المتطلبات المحددة لجهاز أشباه الموصلات والتطبيق المقصود.

خاتمة

كربيد السيليكون, بخصائصه الفريدة وهياكله الكريستالية, يقدم مجموعة واسعة من الاحتمالات لتطبيقات أشباه الموصلات. Understanding the difference between 4H SiC and 6H-SiC is essential for choosing the appropriate polytype for specific device requirements. Both polytypes have their strengths and are suitable for different applications within the semiconductor industry. Whether it’s high-power electronics or high-quality substrates, silicon carbide continues to pave the way for technological advancements.

أسئلة وأجوبة

س 1: Are 4H SiC and 6H-SiC the only polytypes of silicon carbide?

أ: لا, silicon carbide has several polytypes, لكن 4H SiC و 6H-SiC هما الأكثر دراسة واستخدامًا لتطبيقات أشباه الموصلات.

Q2: يمكن استخدام 4H SiC و 6 H-SiC بالتبادل في جميع التطبيقات?

أ: لا, يعتمد الاختيار بين 4H SiC و 6 H-SiC على المتطلبات المحددة لجهاز أشباه الموصلات والتطبيق المقصود منه. تجعل الاختلافات في هياكلها وخصائصها البلورية كل نوع متعدد الأنواع مناسبًا لتطبيقات مختلفة.

س 3: أي نوع متعدد من كربيد السيليكون لديه موصلية حرارية أعلى?

أ: تعتمد الموصلية الحرارية لكربيد السيليكون على الاتجاه. 4يحتوي H SiC على موصلية حرارية أعلى على طول المحور c, بينما يُظهر 6H-SiC موصلية حرارية أعلى في المستوى الأساسي.

س 4: ما هي بعض التطبيقات الشائعة لـ 4H SiC?

أ: 4يستخدم H SiC بشكل شائع في الأجهزة الإلكترونية عالية الطاقة, مثل MOSFETs, الثنائيات شوتكي, والترانزستورات ثنائية القطب. كما أنها تستخدم في تطبيقات الميكروويف, المصابيح فوق البنفسجية, وكاشفات الإشعاع.

س 5: ما هي مزايا استخدام 6H-SiC كمادة ركيزة?

أ: 6يُظهر H-SiC كثافة خلل أقل ومعدلات إعادة تركيب أقل للناقل, مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب ركائز عالية الجودة, نمو فوق محوري, وتصنيع الأجهزة الإلكترونية.