3C/4H/6H，带你认清碳化硅单晶的多型

碳化硅（Silicon carbide），化学式为SiC，分子量40.1。化学式虽然简单，但是其应用广泛，这是由碳化硅的结构决定的。

结构={组元，组元间的关系}

碳化硅是一种组成简单的物质，组元就是碳原子和硅原子。碳化硅晶体，就是由碳原子和硅原子有序排列而成。碳、硅同属于第二周期元素，原子半径差距不大，堆积方式可以从等径球体的最紧密堆积方向去考虑。

选择碳原子（硅也可以）形成最紧密堆积层，叫做A层。这时候会有两种位置放置下一层硅原子，上三角形的B位置或者下三角形的C位置。如果填在B位置上，就把下一层叫做B层；如果填在C位置上，就把下一层叫做C层。当然，这个要固定观察方向，也只是简单的分析结构形成的方法而已，最精确的还是空间群。

由此，就有无数种堆积方式，常见的有如下几种：

2H-SiC对应的AB型：AB AB……

3C-SiC对应的ABC型：ABC ABC……

4H-SiC对应的ABAC型：ABAC ABAC……

6H-SiC对应的ABCACB型：ABCACB ABCACB……

15R-SiC对应的ABACBCACBABCBAC型：ABACBCACBABCBAC ABACBCACBABCBAC……

本来，晶体是用空间群符号来表示的，为了区分同空间群的碳化硅，那可以使用更简单的符号：晶型符号由数字+字母表示。其中，数字表示一个晶胞沿着（001）方向的碳硅双原子层数，C表示立方晶系（Cubic），H表示六方晶系（Hexagonal），R表示三方晶系（Rhombohedral）。F-43m的碳化硅晶体就被写成3C-SiC；P63mc、Z=4的碳化硅晶体就被写成4H-SiC；P63mc、Z=6的碳化硅晶体就被写成6H-SiC。

形象的周期体现在(110)(11-20)面上，分别对应晶面的两种写法(hkl)(hkil)，如下图所示。

口说无凭，上电镜。这张4H-SiC晶体中，明显出现了2H和6H的层错。

值得注意的事情是，由于碳硅的四配位要求，会出现重复位置的硅层和碳层；三层中必然有两层是同一位置的。也就是说，A层碳会连接一层的A层硅，以及一层B/C的紧密堆积硅层。

不同的堆积方式，造成了部分性能的较大差异。

举个例子，单单说密度：

紧密的排列，还都带来了大的硬度和折射率。

在宝石界，碳化硅也叫“莫桑石”：莫氏硬度是9.2-9.8（钻石是10）；折射率是2.654（钻石是2.417），色散值是0.104（钻石是0.044），火彩是钻石的2.5倍。

这些与众不同的性能，也使得碳化硅具有应用优势、单晶生长具有技术要求。