碳化硅呈色的原因都是什么
本站 2021-11-04
純α型碳化硅是無色透明的晶體 ，工業碳化硅呈黑色或綠色的原因沒有弄清楚，在這方面國外主要有三種觀點。
一種觀點認為外來雜質是呈色的主要原因。如摻雜了鋁和硼時，晶體就是呈黑色，參雜了氮時，晶體就呈綠色。鐵無礙于綠色的形成、他們用食鹽的排雜質來解釋食鹽對形成綠碳化硅的良好作用，即認為原料的鐵、鋁、鈣等雜質可生成發揮性氯化物外逸。
這一觀點能較好的解釋工業生產碳化硅時，原料越純越能生產出鮮綠色產品的現象。也能很好說明制造碳化硅單晶半導體時看到的現象：當沒有特別加入摻雜物時，空氣中的氮實際上將摻入碳化硅晶格中，所以結晶呈綠色，如果以碳化硅硼的形式引入硼，則結晶呈黑色。
但是，在綠碳化硅冶煉爐中細結晶帶的雜質含量往往高于黑碳化硅冶煉爐中靠近爐心的結晶快中的雜質含量，但前者卻是綠色，后者是黑色的。人們在綠碳化硅冶煉爐的外部帶中沒有找到鐵或鋁的氯氧化物，在爐內逸出的氣體中也沒有收集到氯氣。冶煉后食鹽聚集在雜質聚集帶為低的溫度帶中，即食鹽的排除較雜質開始蒸發為早。對這些問題，外來雜質決定晶體的顏色的觀點難以解釋。
還有一種認為，碳化硅晶體呈黑色的原因在于晶體中包括了微細的碳粒。不加食鹽時。由于二氧化硅蒸發速度較快，碳質材料來不及與之反應，造成一部分二氧化硅蒸汽外溢損失了，而炭質材料卻未反應完全，以微細的顆粒留在已生成的碳化硅晶體之中。當加入食煙后，食鹽蒸汽包圍了石英顆粒，限制了二氧化硅的蒸發速度，同時食鹽蒸汽又促進了碳的反應能力，從而炭質材料就可以與二氧化碳充分反應了，但這種觀點對于采用高純度原料，即使不加食鹽也可以得到綠碳化硅以及碳過量無礙于綠碳化硅生成等現象無法給與解釋。
第三種觀點認為顏色與多型之間有一定的統計關系，下圖是按色澤分類取樣后進行X射線定量分析結果。
但是大量的研究工作表明，顏色與結晶類型之間的對應關系有不少例外，例如黑碳化硅爐爐心附近的藍黑色碳化硅晶體業基本有6H多型所構成的。
一種觀點認為外來雜質是呈色的主要原因。如摻雜了鋁和硼時，晶體就是呈黑色，參雜了氮時，晶體就呈綠色。鐵無礙于綠色的形成、他們用食鹽的排雜質來解釋食鹽對形成綠碳化硅的良好作用，即認為原料的鐵、鋁、鈣等雜質可生成發揮性氯化物外逸。
這一觀點能較好的解釋工業生產碳化硅時，原料越純越能生產出鮮綠色產品的現象。也能很好說明制造碳化硅單晶半導體時看到的現象：當沒有特別加入摻雜物時，空氣中的氮實際上將摻入碳化硅晶格中，所以結晶呈綠色，如果以碳化硅硼的形式引入硼，則結晶呈黑色。
但是，在綠碳化硅冶煉爐中細結晶帶的雜質含量往往高于黑碳化硅冶煉爐中靠近爐心的結晶快中的雜質含量，但前者卻是綠色，后者是黑色的。人們在綠碳化硅冶煉爐的外部帶中沒有找到鐵或鋁的氯氧化物，在爐內逸出的氣體中也沒有收集到氯氣。冶煉后食鹽聚集在雜質聚集帶為低的溫度帶中，即食鹽的排除較雜質開始蒸發為早。對這些問題，外來雜質決定晶體的顏色的觀點難以解釋。
還有一種認為，碳化硅晶體呈黑色的原因在于晶體中包括了微細的碳粒。不加食鹽時。由于二氧化硅蒸發速度較快，碳質材料來不及與之反應，造成一部分二氧化硅蒸汽外溢損失了，而炭質材料卻未反應完全，以微細的顆粒留在已生成的碳化硅晶體之中。當加入食煙后，食鹽蒸汽包圍了石英顆粒，限制了二氧化硅的蒸發速度，同時食鹽蒸汽又促進了碳的反應能力，從而炭質材料就可以與二氧化碳充分反應了，但這種觀點對于采用高純度原料，即使不加食鹽也可以得到綠碳化硅以及碳過量無礙于綠碳化硅生成等現象無法給與解釋。
第三種觀點認為顏色與多型之間有一定的統計關系，下圖是按色澤分類取樣后進行X射線定量分析結果。
但是大量的研究工作表明，顏色與結晶類型之間的對應關系有不少例外，例如黑碳化硅爐爐心附近的藍黑色碳化硅晶體業基本有6H多型所構成的。
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