مختلف ڈھانچے کے ساتھ SiC کرسٹل کے درمیان فرق

سلکان کاربائیڈ (SiC)ایک ایسا مواد ہے جو غیر معمولی تھرمل، جسمانی اور کیمیائی استحکام رکھتا ہے، جو روایتی مواد سے آگے بڑھنے والی خصوصیات کو ظاہر کرتا ہے۔ اس کی تھرمل چالکتا ایک حیران کن 84W/(m·K) ہے، جو نہ صرف تانبے سے زیادہ ہے بلکہ سلکان سے بھی تین گنا زیادہ ہے۔ یہ تھرمل مینجمنٹ ایپلی کیشنز میں استعمال کے لیے اس کی بے پناہ صلاحیت کو ظاہر کرتا ہے۔ SiC کا بینڈ گیپ سلکان کے مقابلے میں تقریباً تین گنا ہے، اور اس کے ٹوٹنے والے الیکٹرک فیلڈ کی طاقت سلکان سے زیادہ شدت کی ترتیب ہے۔ اس کا مطلب ہے کہ SiC ہائی وولٹیج ایپلی کیشنز میں اعلی وشوسنییتا اور کارکردگی فراہم کر سکتا ہے۔ مزید برآں، SiC اب بھی 2000 ° C کے اعلی درجہ حرارت پر اچھی برقی چالکتا برقرار رکھ سکتا ہے، جس کا موازنہ گریفائٹ سے کیا جا سکتا ہے۔ یہ اسے اعلی درجہ حرارت والے ماحول میں ایک مثالی سیمی کنڈکٹر مواد بناتا ہے۔ SiC کی سنکنرن مزاحمت بھی انتہائی شاندار ہے۔ اس کی سطح پر بننے والی SiO2 کی پتلی تہہ مزید آکسیکرن کو مؤثر طریقے سے روکتی ہے، جس سے یہ کمرے کے درجہ حرارت پر تقریباً تمام معلوم سنکنرن ایجنٹوں کے خلاف مزاحم بن جاتی ہے۔ یہ سخت ماحول میں اس کی درخواست کو یقینی بناتا ہے۔

کرسٹل ڈھانچے کے لحاظ سے، SiC کا تنوع اس کی 200 سے زیادہ مختلف کرسٹل شکلوں میں جھلکتا ہے، ایک خصوصیت ان متنوع طریقوں سے منسوب ہے جس میں ایٹم اس کے کرسٹل کے اندر گھنے بھرے ہوتے ہیں۔ اگرچہ کرسٹل کی بہت سی شکلیں ہیں، ان کرسٹل شکلوں کو تقریباً دو اقسام میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: β-SiC مع مکعب ساخت (زنک بلینڈ ڈھانچہ) اور α-SiC مسدس ساخت (ورٹزائٹ ڈھانچہ) کے ساتھ۔ یہ ساختی تنوع نہ صرف SiC کی جسمانی اور کیمیائی خصوصیات کو تقویت دیتا ہے، بلکہ SiC پر مبنی سیمی کنڈکٹر مواد کو ڈیزائن اور بہتر کرتے وقت محققین کو مزید انتخاب اور لچک بھی فراہم کرتا ہے۔

بہت سے SiC کرسٹل شکلوں میں، سب سے زیادہ عام شامل ہیں3C-SiC، 4H-SiC، 6H-SiC، اور 15R-SiC۔ ان کرسٹل شکلوں کے درمیان فرق بنیادی طور پر ان کے کرسٹل ڈھانچے میں ظاہر ہوتا ہے۔ 3C-SiC، جسے کیوبک سلکان کاربائیڈ بھی کہا جاتا ہے، کیوبک ڈھانچے کی خصوصیات کو ظاہر کرتا ہے اور SiC میں سب سے آسان ڈھانچہ ہے۔ ہیکساگونل ڈھانچے کے ساتھ SiC کو مختلف جوہری انتظامات کے مطابق مزید 2H-SiC، 4H-SiC، 6H-SiC اور دیگر اقسام میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔ یہ درجہ بندی کرسٹل کے اندر ایٹموں کے پیک ہونے کے طریقے کے ساتھ ساتھ جالی کی ہم آہنگی اور پیچیدگی کی عکاسی کرتی ہے۔

بینڈ گیپ ایک کلیدی پیرامیٹر ہے جو درجہ حرارت کی حد اور وولٹیج کی سطح کا تعین کرتا ہے جس میں سیمی کنڈکٹر مواد کام کر سکتا ہے۔ SiC کی کئی کرسٹل شکلوں میں سے، 2H-SiC کی سب سے زیادہ بینڈ گیپ چوڑائی 3.33 eV ہے، جو انتہائی حالات میں اس کے بہترین استحکام اور کارکردگی کی نشاندہی کرتی ہے۔ 4H-SiC قریب سے پیروی کرتا ہے، 3.26 eV کی بینڈ گیپ چوڑائی کے ساتھ؛ 6H-SiC میں 3.02 eV کا تھوڑا سا کم بینڈ گیپ ہے، جب کہ 3C-SiC میں سب سے کم بینڈ گیپ 2.39 eV ہے، جس سے یہ کم درجہ حرارت اور وولٹیج پر زیادہ وسیع پیمانے پر استعمال ہوتا ہے۔

سوراخوں کا موثر ماس مواد کی سوراخ کی نقل و حرکت کو متاثر کرنے والا ایک اہم عنصر ہے۔ 3C-SiC کا ہول موثر ماس 1.1m0 ہے، جو نسبتاً کم ہے، اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ اس کے سوراخ کی نقل و حرکت اچھی ہے۔ 4H-SiC کا ہول کا موثر ماس ہیکساگونل ڈھانچے کے بنیادی طیارہ پر 1.75m0 ہے اور 0.65m0 جب بیس جہاز پر کھڑا ہوتا ہے، جو مختلف سمتوں میں اس کی برقی خصوصیات میں فرق کو ظاہر کرتا ہے۔ 6H-SiC کا ہول موثر ماس 4H-SiC جیسا ہے، لیکن مجموعی طور پر قدرے کم ہے، جس کا اثر اس کے کیریئر کی نقل و حرکت پر پڑتا ہے۔ مخصوص کرسٹل ڈھانچے کے لحاظ سے الیکٹران کا موثر ماس 0.25-0.7m0 کی حد میں مختلف ہوتا ہے۔

کیریئر کی نقل و حرکت اس بات کا ایک پیمانہ ہے کہ کسی مواد کے اندر الیکٹران اور سوراخ کتنی تیزی سے حرکت کرتے ہیں۔ 4H-SiC اس سلسلے میں اچھی کارکردگی کا مظاہرہ کرتا ہے۔ اس کا سوراخ اور الیکٹران کی نقل و حرکت 6H-SiC سے نمایاں طور پر زیادہ ہے، جو پاور الیکٹرانک آلات میں 4H-SiC کو بہتر کارکردگی دکھاتی ہے۔

جامع کارکردگی کے نقطہ نظر سے، ہر ایک کرسٹل فارمSiCاس کے منفرد فوائد ہیں. 6H-SiC اپنی ساختی استحکام اور اچھی روشنی کی خصوصیات کی وجہ سے آپٹو الیکٹرانک آلات کی تیاری کے لیے موزوں ہے۔3C-SiCہائی فریکوئنسی اور ہائی پاور ڈیوائسز کے لیے موزوں ہے کیونکہ اس کی ہائی سیچوریٹڈ الیکٹران ڈرفٹ اسپیڈ ہے۔ 4H-SiC اعلی الیکٹران کی نقل و حرکت، کم مزاحمت اور اعلی کرنٹ کثافت کی وجہ سے پاور الیکٹرانک آلات کے لیے ایک مثالی انتخاب بن گیا ہے۔ درحقیقت، 4H-SiC نہ صرف تیسری نسل کا سیمی کنڈکٹر مواد ہے جس میں بہترین کارکردگی، اعلیٰ ترین کمرشلائزیشن، اور سب سے زیادہ پختہ ٹیکنالوجی ہے، بلکہ یہ ہائی پریشر، ہائی-پریشر میں پاور سیمی کنڈکٹر ڈیوائسز کی تیاری کے لیے ترجیحی مواد بھی ہے۔ درجہ حرارت، اور تابکاری سے مزاحم ماحول۔