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碳化硅呈色的原因都是什么
本站 2021-11-04
纯α型化硅是无色透明的晶体 ,工业碳化硅呈黑色或绿色的原因没有弄清楚,在这方面国外主要有三种观点。  
一种观点认为外来杂质是呈色的主要原因。如掺杂了铝和硼时,晶体就是呈黑色,参杂了氮时,晶体就呈绿色。铁无碍于绿色的形成、他们用食盐的排杂质来解释食盐对形成绿碳化硅的良好作用,即认为原料的铁、铝、钙等杂质可生成发挥性氯化物外逸。
这一观点能较好的解释工业生产碳化硅时,原料越纯越能生产出鲜绿色产品的现象。也能很好说明制造碳化硅单晶半导体时看到的现象:当没有特别加入掺杂物时,空气中的氮实际上将掺入碳化硅晶格中,所以结晶呈绿色,如果以碳化硅硼的形式引入硼,则结晶呈黑色。
但是,在绿碳化硅冶炼炉中细结晶带的杂质含量往往高于黑碳化硅冶炼炉中靠近炉心的结晶快中的杂质含量,但前者却是绿色,后者是黑色的。人们在绿碳化硅冶炼炉的外部带中没有找到铁或铝的氯氧化物,在炉内逸出的气体中也没有收集到氯气。冶炼后食盐聚集在杂质聚集带为低的温度带中,即食盐的排除较杂质开始蒸发为早。对这些问题,外来杂质决定晶体的颜色的观点难以解释。
还有一种认为,碳化硅晶体呈黑色的原因在于晶体中包括了微细的碳粒。不加食盐时。由于二氧化硅蒸发速度较快,碳质材料来不及与之反应,造成一部分二氧化硅蒸汽外溢损失了,而炭质材料却未反应完全,以微细的颗粒留在已生成的碳化硅晶体之中。当加入食烟后,食盐蒸汽包围了石英颗粒,限制了二氧化硅的蒸发速度,同时食盐蒸汽又促进了碳的反应能力,从而炭质材料就可以与二氧化碳充分反应了,但这种观点对于采用高纯度原料,即使不加食盐也可以得到绿碳化硅以及碳过量无碍于绿碳化硅生成等现象无法给与解释。
第三种观点认为颜色与多型之间有一定的统计关系,下图是按色泽分类取样后进行X射线定量分析结果。
但是大量的研究工作表明,颜色与结晶类型之间的对应关系有不少例外,例如黑碳化硅炉炉心附近的蓝黑色碳化硅晶体业基本有6H多型所构成的。