Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 3 (3-е изд., 1988) (1152098), страница 124
Текст из файла (страница 124)
Более т>цательныс исследования последних лет показывают, что элементарные с>он в разных полнтипных структурах одного и того >ке вещества ие совсем идентичны, их состав и параметры кристаллической решетки от политипа к поли- типу могут различаться.
Известны несколько способов описания и обозначения политипных структур. Укажем основные из них, которыми будем пользоваться нри дальнейшем изложении. Для описания трехмерных плотноупакпванных кристаллических структур широко используется классическая АВС-схема, с помо>цью которой указывают последовательность чередования двухмерных слоев.
Имеются три возможных положения слоев с плотнейшей упаковкой шаров-атомов, обозначаемых А. В и С и отличающихся друг от друга иа величину трансляции .+- (1/3; 2/3) или поворота на -+-00' (рис. 19.1). Трехмерная плотнейшая упаковка должна состоять иэ несколь. кнх таких слоев, уложенных один на другой по способу плотнейшей упаковки, т е. таким образом, что каждый последующий идентичный слой шарон, если его плотно уложить на слой Л, может накрывать пустоты либо типа В, либо типа С. Аналогичным образом на слой В можно наложить слой либо С, либо А, а на слой С вЂ” слой А или В. Следовательно, любая последовательность букв А, В и С, в которой ни одна буква ие повторяется дважды подряд, характеризует возможный тип плотнейшей упаковки. Высота элементарной ячейки в плотнейшей упаковке зависит от числа слоев, после которых последовательность укладки повторяется.
Это число слоев я определяет период идентичности и может изменяться от 2 до чч для различных плотнейших упаковок. Взаимное расположение атомов в слоях наглядно видно, если рассмотреть строгине кристаллографической плоскости (1120). Иа рис. 19.2 показано расположение Рис. 19.!. Три возможные позиции (А.
В и С) слоев в плотнейшей упаковке атомов Основные физико-химические свойства карбида кремния (й !9.1) Зс-Вьй 15В-БСС ВН-Ььб 1Е СВ 7Ф 1В 72 11 10 В В 7 В В 4 В 2 АВСАВСАВС АВСАВСЯВ ЯВСАВСЯВСЯ АВСАВСАВСЯВС Рис. 19.2. Расположение атомов кремния (большие кружки) и углерода (маленькие кружки) в плос- кости (1120) нскоторых политипных структур карбида кремния атомов в этой плоскости для нскщорых структур карбида кремния. Структуру типа вюртцит можно представить последовательностью схпев (АВ) АВ...
с периодом повторения — два слоя; сфзлерит — последовательностью (АВС) АВСАВС... с периодом повторения — три слоя. Шестислойиая структура представляется последовательностью (АВСАСВ) АВСАСВ... и т. д. Недостатком такого обозначения является то, что оно становится громоздким для длипнопериодных структур. Однако оно лежит в основе всех других обозначений. Более удобны для описания политипных структур символы Жданова. Символ состоит из двух чисел, из которых первое выражает число последовательных циклических А-»В — » С А..., а второе — антициклических Аня С В А...
слоев. Эти же числа характеризуют последовательность зигзагов, образованных атомами в плоскости (1120) (рис. 19.2). с!асто слой, у которого предшсствуюсхий и последующий спои имеют одинаковую ориентировку, обозначают буквой «г» (т. е. слой находится в гексагональном псшожении), а тот, у которого соседние слои, расположенные с обеих сторон, имеют разную ориентировку, — буквой «к» (т. е.
слой находится в кубическом положении). Исходя из этого для характеристики политипных структур часто вводят удобный параметр— степень гексагоиальности О=п,/(к,,+п„), где и, и и„ вЂ” число слоев в гексагональном и кубическом положениях соответственно. В обозначение Рамсдела входит число, указывающее число слоев в элементарной ячейке, за которым следует латинская буква, указывающая сингопию, к которой относится данная структура. Рекомсндуется использовать буквы С, Ть О. В. 72, Я( и Т, для обозначения кубической, тетрагональной, орторомбической, гексагональной, ромбоздрнческой, моноклинной и триклннной сингоний соответственно. Например, шестислойная щксагональная и пятнадцатислойиая ромбаэдрическая политипные структуры с последовательностями укладки слоев АВСЛСВ и АВСВА САВА СВСАСВ или гккгкк и гкгюсгкгккгкгкк соответс~венно обозпачаютси символами Жданова (ЗЗ) (32)» и символами Рамсдела — 6Н и 15)т. Политнпы, имеющие одинаковые размеры элементарной ячейки, но разные последовательности слоев АВС, различаются индексами, например, лВь пН» и т.
д. Укаэанные обозначения политипных структур простых веществ применимы и для описания политипных структур химических соединений. В этом случае элементарные слои структуры Л, В и С будут уже не моно. атомными, а полиатомными, и буквами А, В и С в данном случае характеризуют поэм ции атомов одного сорта в элементарном слое, а положении других атомов в этом слое по отношению к указанным выше являются фиксированными. Например, в ВЯС элементарный слой структуры состоит из атомов Ьй над каждым из которых на расстоянии 0,109 нм располагается по одному атому С (см. рис.
19.2). Во всех политнпах карбида кремния и других алмазополобных полупроводниках для любого атома конфигурации и состав первой н второй координационных сфер одинаковы. Каждый атом тетраэдрически окружен четырьмя ближайшими атомами другого рода, вторую координационную сферу составляют двенадцать атомов того же рода, что и первоначальный.
В пределах кристаллической решетки большинства политипов окружения 448 Полупроводниковые соединения А<гд<и [равд. 19) атомов одного и того же сорта могу~ различатмя, т. е. возможны неэквивалеитные состояния атомов. В плоскости (1120) их можао выявлять по различию расстояний между атомами в направлении оси с (вертикальные линии на рис. !9.2). В иубическам карбиде кремния, обозначаемом 6-5!С или ЗС-5!С, и у политипа 2Н расстояния вдоль оси с между двумя атомами одного н тою же сорта одинаковы и равны соответственно высоте трех н двух слоев. У полнтипа 4Н таких неэквнввлентных положений два (г, к), в 6Н вЂ” три (гь кь кз), а 15/7 — пять (г|, кь кь гь кз) и т. д. (см. Рис. 19.2).
По пространственной группе симметрии все политипы разделяются следую|цим образом| ЗС-5!С, относящийся к кубической синюнни, обладает группой симметрии Т, '(Р43т); полнтипы гексаюнальной сингоиян — Сз (Рбзтс); политнпы тригональной сингонни — С,',. (РЗт!) и политипы ромбоэдрической сингонин — сз. (Р Зт). Хотя в кристаллах карбида кремния уже обнаружено более 140 политнпных структур, число их, по-видимому, не ограничено. По мере совершенствования методики струитурного анализа обнаруживаются все новые и новые полнтипные структуры, различающиеся как числом слоев, так и порядком их укладки в элементарной ячейке. Так, политип 1200Р имеет параметр с=301,56 им. Установлена, что многообразие политнпных структур, как в карбиде кремния, так и в других материалах, обусловлено протеканием в кристаллах твердофазных превращений, обусловленных действием внутренних и внешних источников напряжения. Так как фазовые превращения такого типа наблюдаются у многих веществ, то, как показывают исследования, н явление политипизма довольно широко распространено в природе.
В табл. 19.1 представлены важнейшие физико-химические параметры основных политипных структур карбида кремнии. Как видно из таблицы, для многих параметров наблюдается линейная корреляция со степенью гексагональности (). Диаграмма состояния карбида кремния имеет перитектический характер (рис. 19.3). Температура пернтектическаго превращения Т,=3103 К.
В бинарной системе 5| — С соединение 5<С является единственным. Ка рис. 19.3, 6, а представлены части диаграммы состояния, примыкающие к кремнию и углероду. В части диаграммы со стороны кремния (рис. !9.3, 6) по оси ординат отложено уменыцение температуры ликвицуса ЛТс с увеличением концентрапии углерода Ссс в растворе. Равновесный коэффициент распределения углерода в кремнии равен йз.=0,07. Недостаточная точность физико-химического ааализа не позволяет пака получить диаграммы состояния для различных политипных структур. Процесс инкокгруэнтного плавления карбида кремния при температуре Т, можно представить в виде следую|цей перитектической реакции: ! ! - — 2Ср 5|С.ж ! С (51|-срСср) + ! ! — С, ! — С где С𠆆О,!9 — молярнан даля углерода в расплаве прн температуре Тр.
Уравнение ликвидуса в приближении теории регуляр, ных растворов: — ЛНр+Ои ВЛН + Л5р+О 7655и <с| Р|и 0 55+ + и | [0,19 — (С'с) — (! — С "с)з] +А'!и [(1 — Сзс) Сзс] где ЛН,ш=100 кДж/моль и ЛЗыс,=24 Дж/К моль — энтальпия и энтропия плавления углерода соответственно; ЛН,=65 кДж/ /моль и ЛЗр-— — 20,95 Дж/К.моль — энтальпия и энтропия перитектическай реакции; Сзс— атомная доля углерода в расплаве при температуре Т|; и| — параметр взаимодействия (энергия смешения) компонентов в жидкой фазе; /7 — универсальная газовая постоянная. Значения параметров Сзс и а| приведены на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
