Il carburo di silicio (SiC) viene sintetizzato con diversi metodi, ognuno dei quali presenta un processo e dei vantaggi unici.
1. Metodo della reazione allo stato solido
In questo metodo si utilizzano come materie prime la silice e il carbone attivo.
La silice è ottenuta dalla lolla di riso silicea mediante un'estrazione alcalina e un metodo sol-gel.
2. Metodo della sublimazione
Questo metodo prevede la sublimazione controllata del SiC.
Il grafene epitassiale si ottiene dalla decomposizione termica di un substrato di SiC utilizzando un riscaldamento a fascio elettronico o resistivo.
Il processo è condotto in un vuoto ultraelevato (UHV) per ridurre al minimo la contaminazione.
Dopo il desorbimento del Si, il carbonio in eccesso sulla superficie del wafer di SiC si riorganizza per formare un reticolo esagonale.
Tuttavia, questo metodo ha un costo elevato e richiede grandi quantità di Si per la produzione su larga scala.
3. Metodo della deposizione chimica da vapore (CVD)
Per la crescita dei film di SiC si utilizza il metodo CVD.
La scelta del gas di partenza dipende dalla stabilità termica del substrato.
Ad esempio, il silano (SiH4) si deposita tra 300 e 500 °C, il diclorosilano (SiCl2H2) a circa 900 °C e l'ortosilicato di tetraetile (Si(OC2H5)4) tra 650 e 750 °C.
Il processo porta alla formazione di uno strato di ossido a bassa temperatura (LTO).
Tuttavia, il silano produce un ossido di qualità inferiore rispetto ad altri metodi.
L'ossido CVD ha generalmente una qualità inferiore rispetto all'ossido termico.
4. Crescita CVD del grafene su SiC
La preparazione CVD del grafene su SiC è una tecnica innovativa che offre maggiore versatilità e influisce sulla qualità dello strato di grafene considerando vari parametri.
Il fattore chiave nella preparazione CVD su SiC è la temperatura più bassa, che impedisce agli atomi di SiC di diffondersi nella massa dei cristalli di SiC.
Ciò porta alla formazione di punti di aggancio tra il substrato e il monostrato di grafene, ottenendo il grafene libero desiderato.
Questa tecnica è adatta alla fabbricazione su larga scala di grafene CVD.
5. Grafene CVD su metalli policristallini
Il SiC può essere utilizzato anche per far crescere il grafene tramite CVD su metalli policristallini.
Questo metodo utilizza le proprietà di resistenza all'usura e alle alte temperature del SiC.
Il metodo del SiC legato per reazione prevede l'infiltrazione di compatti costituiti da miscele di SiC e carbonio con silicio liquido, che reagisce con il carbonio per formare carburo di silicio.
Il metodo del SiC sinterizzato è prodotto a partire da polvere di SiC pura con coadiuvanti di sinterizzazione non ossidati e sinterizzato in atmosfera inerte ad alte temperature.
Questi sono alcuni dei metodi di sintesi utilizzati per il SiC, ciascuno con i suoi vantaggi e limiti.
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