Carbure silicium

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  • Publié le : 5 mai 2011
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Le Carbure de Silicium



I-Introduction

Le carbure de silicium (SiC), aussi connu sous le nom de carborundum ou de moissanite, est une céramique composée de silicium et de carbone. D’apparence noire, il est utilisé en électronique comme semi-conducteur à large bande. Son point de fusion est de 3000K.
Ce matériau a été découvert accidentellement par Berzelius en 1824 lors d'uneexpérience pour synthétiser du diamant. Acheson, grâce à ses travaux, fonde la Carborundum Company dans l'intention de produire un abrasif. Le nom de « moissanite » vient du chimiste français Henri Moissan (1852-1907), qui a découvert une météorite en Arizona en 1905 composés de petits cristaux naturels de SiC.
Dans lesdomaines de la micro-électronique et des microsystèmes, on utilise le plus souvent le silicium (Si) car ses propriétés et son contrôle sont parfaitement maitrisé ; cependant sa technologie présente beaucoup d’inconvénients et atteint vite ses limites (T° et atmosphère chimiquement agressif).
Sous environnement sévère, haute température, haute pression, champs élevés et environnements radiatifs,l’emploi du SiC comme matériau semi conducteur a large gap semble beaucoup plus approprié.
Il est chimiquement inerte, donc présente beaucoup d’intérêts pour la recherche et l’industrie.
Le seul problème de ce candidat idéal reste son cout très élevé, il faut donc pouvoir travailler sur couches minces, plutôt que sur SiC massif.

II-Obtention

Le carbure de silicium est extrêmement rare et iln'est pas naturellement fabriqué sur la Terre. En fait il se trouve en petite quantité dans certains types de météorites et à l'état de trace microscopique dans certains Kimberlites (SiO2 ). Tous les carbures de silicium vendus dans le monde sont donc synthétiques.
Il est formé par action à chaud du silicium sur le carbone ou par réduction de la silice par un excès de carbone. Les carbures sontdes corps thermiquement stables, durs et chimiquement inertes.

Fabrication : au four électrique vers 2 400°C pendant 2 à 20 jours, à partir de sable pur et de coke de pétrole.
SiO2 + 3 C ––––> SiC + 2 CO
Si + C ––––> SiC

III- Cristallographie

Le carbure de silicium n’existe pas sous la forme d’un cristal simple mais sous la forme d’une famille de cristaux. Ces cristaux ont le mêmenombre d’atomes de Si et de C mais différent dans l’arrangement des couches atomiques.
Les 2 symétries les plus rencontrés sont :
* 4H -SiC et 6H -SiC, ou α-SiC, hexagonal
* 3C -SiC, ou β-SiC, cubique à faces centrées
Par exemple, le 6H –SiC veut dire que le cristal est sous la forme hexagonale avec 6 couches Si-C avant que la maille élémentaire ne se répète.
Les propriétés physiques ducristal varient légèrement suivant la structure cristallographique.



IV- Propriétés du matériau

Les caractéristiques du SiC sont les suivantes :
* Large bande interdite.
* Bonne conductivité et stabilité thermique.
* Mobilité des porteurs importants.
* Bonne résistance mécanique.
* Bonne résistance aux rayonnements.

Le SiC est un semi conducteur à grand gap. Savaleur, dépend du polytype considéré, de 2,4 eV pour le 3C-SiC (cubique), à 3,35 eV pour le 2H-SiC (hexagonal). On remarque donc que plus on évolue vers la structure hexagonale , plus le gap s’élargit.
Il est donc peut influencé par la température et peu être utilisé au delà de 500°C, alors que le silicium est limité à 300°C.
Le SiC dispose aussi d’une excellente conductivité thermique (5 W /cm/K),quatre fois supérieur à celle du Silicium, ce qui lui permet une évacuation rapide de la chaleur produite dans un dispositif.
Il est chimiquement inerte, peut d’espèces peuvent l’attaquer, seules quelques bases concentrées (KOH en fusion).Il est insensible aux radiations, et possède une dureté trois fois supérieur à celle du Silicium.
La faible mobilité des porteurs de charges présente un...
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