Главная  Развитие электроэнергетической системы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [ 70 ] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

кристаллов карбида кремния. При этом отмечается существование че-тыре возможных причин:

1) эмиссия электронов из острых зубцов и граней карбида кремния. При увеличении приложенного напряжения происходит замьпса-ние контактных зазоров между отдельными кристаллами карбида кремния, при этом увеличивается как бы площадь сечения РЭ и соответственно уменьшается его сопротивление;

2) микронагрев контактов между отдельными кристаллами карбида кремния, приводящий к увеличению их проводимости;

3) увеличение проводимости и частичный пробой оксидных пленок на поверхности кристаллов карбида кремния при напряженностях электрического поля 10 - 10 В/м;

4) на!шчие на поверхности карбида кремния (на поверхности отдельных кристаллов) электронно-дырочных переходов, обусловленных различным видом проводимости поверхности и ядра карбида кремния.

Многие исследователи считают, что в подшкристаллическом материале, состоящем из разнородных кристаллов карбида кремния, различные механизмы нелинейности могут проявляться последовательно один за другим при изменении напряженности электрического поля, а в ряде случаев нелинейность может быть обусловлена несколькими одновремешю действующими эффектами. Так, при небольших напряженностях электрического поля в образце ток протекает через контактирующие поверхности с запирающими слоями, при увеличении напряжешюсти электрического поля снижается сопротивление запорных слоев, образуются новые проводящие цепочки вследствие перекрытия зазоров между участками кристаллов карбида кремния. Микронагрев контактов между отдельными кристаллами карбида кремния приводит к дополнительному снижению сопротивления РЭ варистора.

При стехиометрическом составе карбид кремния содержит 70,045% кремния и 29,955% углерода. Технический карбид кремния получают в электрических печах восстановлением оксида кремния (кварцевого песка) углеродом:

SiOa + ЗС = SiC + 2С0.

Чистый карбид кремния стехиометрического состава бесцветен. В качестве исходных компонентов для получения технического карбида кремния обычно служат кварцит, антрацит, нефтяной кокс. Карбид кремния с зеленым оттенком получают, добавляя в шихту поваренную соль, для получения черного электротехнического карбида кремния добавляют бокситы. Исходные материалы подвергают дроблению, магнитной сепарации для удаления частиц магнитных материалов и тщательному перемешиванию в целях получения однородной ших-ы. Кроме перечисленных компонентов, в исходную шихту добавляют продукты предыдущих плавок: мелкокристаллический карбид крем-



у, Ом"-см

10 10/Г


15 10/т

Рис. 5-2. Зависимости от температуры удельной проводимости образцов SiC w-ти-па (а) и р-типа (б)

НИЯ и силиксикон, т-е. оксикарбиды кремния. Приготовленную смесь загружают в электропечь, в которой при высокой температуре образуются пакеты кристаллов карбида кремния (друзы).

При выполнении проводящих элементов карбида варисторов друзы карбида кремния измельчают и подвергают обогащению. Графит, осевший на кристаллах карбида кремния, отмывают, кислотами удаляют различные окислы. Далее порошок тщательно промывают, сушат, подвергают магнитной сепарации. Отдельные кристаллы SiC представляют собой осколки различной конфигурации. Для структуры поверхности кристаллов SiC характерно наличие большого числа дефектов решетки. Электрическая проводимость и окраска SiC определяются наличием примесей, а также избытком атомов углерода или кремния по сравнению со стехиометрическим составом. Зеленую окраску и электрическую проводимость и-типа дают примеси элементов V группы (N, Р, As, Sb, Ю) периодической системы Менделеева, голубую и фиолетовую окраску и электрическую проводимость р-типа - элементы П группы (Са, Mg) и элементы П1 группы (В, А1, Ga, In). При избытке атомов углерода для SiC характерная электрическая проводимость р-типа, при избытке атомов кремния проводимость и-типа.

На рис. 5.2 приведены зависимости удельной электрической проводимости от температуры для ряда кристаллов SiC, собственная прово-

10- 10- 10-

10- }0



Параметр

Период решетки, 10 им Ширина запрещенной зоны, зВ

Подвижность дырок, м(Bc)

Подвижность электронов, м/(В-с)

Модификация SiC

3-SiC

№SiC

Символ политипа

4,359

3,073

3,081

3,076

2,39

2,986

3,023

3,265

3,333

0,006

0,006

0,006

0,006

0,006

0,05

0,03

0,07

димость у SiC с малой концентрацией примесей возникает при температурах 1600-1700 К. Проводимость порошкообразного карбида кремния зависит от проводимости кристаллов исходного материала, степени их дисперсности, сжатия кристаллов, температуры и напряженности электрического поля. Дпя карбида кремния характерно наличие различных модификаций, политипов. Так, до температур 2300 К образуется кубическая модификация, при более высоких температурах гексагональные a-SiC модификации, при температурах свыше 3000 К SiC возгоняется. Отметим, что в друзах кристаллы имеют незначительные размеры, однако встречаются и кристаллы плогдадью до 1,8 - 2 см. При вьшолнении проводящих элементов варисторов из друз дроблением получают порошок SiC

Гексагональная модификация SiC характеризуется совокупностью политипов (кристаллических структур), отличающихся порядком расположения атомов. Различная ориентация одного слоя одноименных атомов относительно другого обусловливает политипизм SiC, хотя каждый атом кремния в кристаллической решетке находится в тетра-эдрическом окружении атомов углерода. Для наиболее распространенных политипов некоторые параметры (при температуре 300 К) приведены в табл. 5.1. У различных подтипов SiC, как следует из габл. 5.1, Существенно различаются ширина запрещенной зоны и подвижность Носителей заряда (электронов). Отметим, что управление политипиз-Мом представляет собой весьма сложную технологическую задачу. Воспроизведение определенного политипа SiC зависит от многих технологических факторов, в первую очередь от температуры, состава Кристаллизационной среды, скорости роста кристаллов, вида легирующей примеси и т.п. Наиболее легко при выращивании из газовой фазы воспроизводится политип 6Н. В отличие от электрофизических



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [ 70 ] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

0.0009