Siliziumkarbid (SiC) wird durch verschiedene Methoden synthetisiert, die jeweils ihre eigenen Vorteile haben.
1. Festkörper-Reaktionsverfahren
Bei dieser Methode werden Kieselsäure und Aktivkohle als Rohstoffe verwendet.
Siliziumdioxid wird durch Alkaliextraktion und Sol-Gel-Verfahren aus Siliziumdioxid-Reisschalen gewonnen.
2. Sublimationsverfahren
Diese Methode beinhaltet die kontrollierte Sublimation von SiC.
Epitaktisches Graphen wird durch die thermische Zersetzung eines SiC-Substrats mittels Elektronenstrahl- oder Widerstandserhitzung gewonnen.
Der Prozess wird im Ultrahochvakuum (UHV) durchgeführt, um die Kontamination zu minimieren.
Nach der Si-Desorption ordnet sich der überschüssige Kohlenstoff auf der Oberfläche des SiC-Wafers neu an und bildet ein hexagonales Gitter.
Diese Methode ist jedoch mit hohen Kosten verbunden und erfordert große Mengen an Si für eine groß angelegte Produktion.
3. Chemische Gasphasenabscheidung (CVD)
CVD wird für das Wachstum von SiC-Schichten verwendet.
Die Wahl des Ausgangsgases hängt von der thermischen Stabilität des Substrats ab.
Silan (SiH4) scheidet sich beispielsweise zwischen 300 und 500 °C ab, Dichlorsilan (SiCl2H2) bei etwa 900 °C und Tetraethylorthosilikat (Si(OC2H5)4) zwischen 650 und 750 °C.
Das Verfahren führt zur Bildung einer Schicht aus Niedertemperaturoxid (LTO).
Allerdings erzeugt Silan im Vergleich zu anderen Verfahren ein Oxid von geringerer Qualität.
CVD-Oxid ist im Allgemeinen von geringerer Qualität als thermisches Oxid.
4. CVD-Graphenwachstum auf SiC
Die CVD-Herstellung von Graphen auf SiC ist eine neuartige Technik, die mehr Vielseitigkeit bietet und die Qualität der Graphenschicht durch die Berücksichtigung verschiedener Parameter beeinflusst.
Der Schlüsselfaktor bei der CVD-Präparation auf SiC ist die niedrigere Temperatur, die verhindert, dass SiC-Atome in die Masse der SiC-Kristalle diffundieren.
Dies führt zur Bildung von Pinning-Punkten zwischen dem Substrat und der Graphen-Monolage, was zu dem gewünschten freistehenden Graphen führt.
Diese Technik eignet sich für die großtechnische Herstellung von CVD-Graphen.
5. CVD-Graphen auf polykristallinen Metallen
SiC kann auch verwendet werden, um Graphen durch CVD auf polykristallinen Metallen zu erzeugen.
Bei dieser Methode werden die verschleißfesten und hochtemperaturbeständigen Eigenschaften von SiC genutzt.
Bei der reaktionsgebundenen SiC-Methode werden Presslinge aus SiC-Kohlenstoff-Gemischen mit flüssigem Silizium infiltriert, das mit Kohlenstoff zu Siliziumkarbid reagiert.
Bei der gesinterten SiC-Methode wird reines SiC-Pulver mit nichtoxidischen Sinterhilfsmitteln hergestellt und in einer inerten Atmosphäre bei hohen Temperaturen gesintert.
Dies sind einige der für SiC verwendeten Synthesemethoden, die jeweils ihre Vorteile und Grenzen haben.
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