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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。


路过

雷人

握手

鲜花

鸡蛋
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