碳化硅磚碳化硅呈色原因的幾種觀點
碳化硅磚,純α型碳化硅是無色透明的晶體 ,工業(yè)碳化硅呈黑色或綠色的原因沒有透徹弄清楚,在這方面國外主要有三種觀點。
*種觀點認為外來雜質(zhì)是呈色的主要原因。如摻雜了鋁和硼時,晶體*是呈黑色,參雜了氮時,晶體*呈綠色。鐵無礙于綠色的形成、他們用食鹽的排雜質(zhì)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(zhì)可生成發(fā)揮性氯化物外逸。
這一觀點能較好的解釋工業(yè)生產(chǎn)碳化硅時,原料越純越能生產(chǎn)出鮮綠色產(chǎn)品的現(xiàn)象。也能很好說明制造碳化硅單晶半導(dǎo)體時看到的現(xiàn)象:當沒有加入摻雜物時,空氣中的氮實際上將摻入碳化硅晶格中,所以結(jié)晶呈綠色,如果以碳化硅硼的形式引入硼,則結(jié)晶呈黑色。
但是,在綠碳化硅冶煉爐中細結(jié)晶帶的雜質(zhì)含量往往高于黑碳化硅冶煉爐中靠近爐心的結(jié)晶快中的雜質(zhì)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(nèi)逸出的氣體中也沒有收集到氯氣。冶煉后食鹽聚集在雜質(zhì)聚集帶為低的溫度帶中,即食鹽的排除較雜質(zhì)開始蒸發(fā)為早。對這些問題,外來雜質(zhì)決定晶體的顏色的觀點難以解釋。
*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(fā)速度較快,碳質(zhì)材料來不及與之反應(yīng),造成一部分二氧化硅蒸汽外溢損失了,而炭質(zhì)材料卻未反應(yīng)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(fā)速度,同時食鹽蒸汽又促進了碳的反應(yīng)能力,從而炭質(zhì)材料*可以與二氧化碳充分反應(yīng)了,但這種觀點對于采用高純度原料,即使不加食鹽也可以*綠碳化硅以及碳過量無礙于綠碳化硅生成等現(xiàn)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(tǒng)計關(guān)系,下圖是按色澤分類取樣后進行X射線定量分析結(jié)果。
但是大量的研究工作表明,顏色與結(jié)晶類型之間的對應(yīng)關(guān)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(yè)基本有6H多型所構(gòu)成的。
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