Film subțire de carbură de siliciu amorfă

Carbura de siliciu amorfă (a-SiC) a atras o atenție imensă datorită proprietăților sale optice și electronice variabile. Având în vedere că se caracterizează prin rigiditate, rate scăzute de dilatare termică și transparență la lumina vizibilă, este un material atractiv pentru oglinzile telescoapelor.

Știința materialelor cunoaște o revoluție odată cu introducerea acestui material nou: a-SiC. Cu proprietăți care combină rezistența cu aleatorismul și precizia, impactul său ar putea revoluționa tehnologia microcipurilor.

Putere

Carbura de siliciu cristalină (c-SiC) este, de obicei, mult mai rezistentă decât omologul său amorf; cu toate acestea, o nouă descoperire în cazul unui film subțire amorf de Si-C deschide ușa pentru dispozitive mecanice și optice de înaltă performanță. Cu o rezistență maximă la tracțiune de 10GPa pentru producția de pelicule subțiri la scară de wafer, SiC amorf a intrat într-un club de elită rezervat doar celor mai rezistente materiale, cum ar fi nanoribonii de grafenă.

Peliculele pe bază de Si-C pot fi produse la scară de wafer și se pot adapta cu ușurință la diverse substraturi, ceea ce le face foarte adaptabile și le conferă o inerție chimică, o duritate și o stabilitate mecanică superioare în comparație cu alte acoperiri [1. Acest lucru le face potrivite ca acoperiri protectoare, în timp ce servesc, de asemenea, ca material de întărire în compozite cu matrice ceramică utilizate în arzătoare de gaze, capete de imprimare termică și pile de combustie; de asemenea, sunt utilizate pe scară largă ca senzori MEMS și aplicații fotonice integrate [1-3].

a-SiC poate fi dopat cu ușurință cu azot și fosfor pentru a forma un semiconductor de tip n, în timp ce dopajul cu bor, aluminiu și galiu îl va transforma în semiconductor de tip p. În plus, datorită rezistenței sale, transparența la lumina vizibilă prin înlocuirea atomilor de siliciu cu atomi de carbon permite o mai mare flexibilitate de proiectare în timpul proceselor de fabricare a dispozitivelor și de proiectare și fabricare a dispozitivelor. a-SiC se depune folosind depunerea chimică în fază de vapori (CVD) la temperaturi scăzute, fiind o alternativă viabilă la c-SiC și la omologul său c-SiC.

Aleatoriu

Carbura de siliciu amorfă (a-SiC) a devenit rapid din ce în ce mai populară datorită potențialului său vast în diverse domenii de aplicare. Una dintre cele mai remarcabile proprietăți ale sale este rezistența sa, care sfidează așteptările tradiționale, întinzându-se până la 10 gigaPascal (GPa). Aceasta înseamnă că puteți atârna 10 mașini de dimensiuni medii de o bandă de bandă adezivă înainte ca aceasta să cedeze din cauza tensiunii.

Rezistența este obținută în a-SiC datorită structurii sale atomice dezordonate. În timp ce siliciul cristalin are atomi coordonați cvadruplu dispuși într-o rețea cristalină ordonată, aranjamentele aleatorii ale a-SiC creează o rețea aleatorie continuă care face ca materialul să fie extrem de rezistent.

Pulverizarea magnetronică pulsată produce pelicule din a-SiC cu o structură de tip coloană sau conopidă, în funcție de puterea de pulverizare. După recoacere, această structură se relaxează, în structură fiind prezente mai multe legături heteronucleare (Si-Si) decât legături homonucleare (Si-C).

Diversitatea structurii permite procedurilor de sinteză să adapteze diverse proprietăți electronice și optice ale SiC la aplicații individuale, de la modificări chimice, cum ar fi adăugarea de hidrogen la gazul de depunere pentru modificarea chimică, până la fabricarea mecanică cu factori de calitate de 4,66×105 obținuți la temperatura camerei la rezonatoare inelare fabricate cu acest material - două caracteristici care oferă un control extraordinar al proprietăților sale electronice și optice.

Precizie

Carbura de siliciu amorfă iese în evidență printre alte materiale bine cunoscute, cum ar fi grafenul și diamantele, prin natura sa amorfă unică; spre deosebire de grafen, care este alcătuit dintr-un singur strat de carbon, care reprezintă întreaga sa compoziție; spre deosebire de grafen, care este scalabil ca și grafenul, acesta oferă o versatilitate mult mai mare pentru utilizarea în numeroase aplicații.

Carbura de siliciu amorfă a fost aleasă de mult timp ca strat activ pentru elementele TFT utilizate în aplicații electronice de mare suprafață, cum ar fi ecranele cu cristale lichide (LCD). Această alegere se datorează costurilor sale mai mici și performanțelor electronice superioare în comparație cu siliciul cristalin.

Dar structura sa amorfă îi conferă și un avantaj important: rezistența la fragilitate. Norte detaliază: Cele mai multe materiale au structuri ordonate, precum turnurile Lego; cu toate acestea, carbura de siliciu amorfă nu are acest model și seamănă mai mult cu blocurile Lego stivuite la întâmplare decât cu un bloc asamblat în mod complicat. Deși acest lucru poate părea contraintuitiv, lipsa sa de uniformitate crește de fapt rezistența.

Ca atare, benzile de carbură de siliciu amorfă pot rezista la o tensiune de tracțiune de 10 ori mai mare decât echivalentul său din diamant, ceea ce o face candidatul ideal pentru testarea precisă a tensiunii pe cip. În plus, natura sa amorfă se pretează bine la substanțe de gravură uscată, care provoacă perturbări minime ale nanostructurilor suspendate pentru o testare precisă, în comparație cu substanțele de gravură umede care ar putea compromite structura sa cristalină, spre deosebire de siliciul cristalin, care necesită substanțe de gravură umede, care ar putea să îi afecteze complet integritatea.

Scalabilitate

Spre deosebire de grafenă sau de diamant, care necesită procese de producție rare și costisitoare, carbura de siliciu amorfă poate fi produsă în masă pe linii de producție la scară de wafer - deschizând noi posibilități de proiectare a unor senzori de microcipuri care sunt atât preciși, cât și rezistenți.

Carbura de siliciu amorfă este un material extraordinar care combină aleatorismul cu precizia. Rezistența sa la tracțiune o depășește pe cea a unor materiale populare, cum ar fi Kevlar; pentru a avea o perspectivă, pentru a rupe o bandă ar fi nevoie de o greutate echivalentă cu cea a 12 mașini de dimensiuni medii!

O performanță impresionantă pentru un material atât de subțire. Scalabilitatea se traduce printr-o rezistență mecanică ridicată pentru suspendarea unor nanostringuri delicate. Acest lucru arată o capacitate de a obține o rezistență ridicată la randament în structuri suspendate complexe, deschizând uși pentru aplicații precum senzori ultrasensibili pentru microcipuri, celule solare avansate și tehnologii de explorare spațială.

a-SiC prezintă o rezistență chimică excelentă la substanțele de gravură comune utilizate în prezent pentru microlucrarea suprafețelor, ceea ce îl face materialul ideal pentru a servi drept strat de sacrificiu în procesele de microlucrare. Mai mult, inerția sa chimică permite utilizarea de agenți de gravură uscată care permit gravarea de subdiscupții fără a deteriora structurile nanostringurilor; punând astfel bazele unor cercetări viitoare care explorează valorificarea proprietăților sale robuste și flexibile inerente.