Карби́д кре́мния (карбору́нд) — бинарное неорганическое химическое соединение кремния с углеродом. Химическая формула SiC. В природе встречается в виде чрезвычайно редкого минерала — муассанита. Порошок карбида кремния был получен в 1893 году. Используется как абразив (для обработки поверхности различных материалов), полупроводник,
Из-за редкости нахождения в природе муассанита, карбид кремния, как правило, имеет искусственное происхождение. Простейшим способом производства является спекание кремнезема с углеродом в графитовой электропечи Ачесона при высокой температуре 1600—2500 °C:
Загрязнителями чаще всего являются азот и алюминий, они влияют на электропроводность полученного материала
другие способы производства:
Чистый карбид кремния можно получить с помощью так называемого процесса Лели[13], в котором порошкообразный SiC возгоняется в атмосфере аргона при 2500 °C и осаждается на более холодной подложке в виде чешуйчатых монокристаллов размерами до 2×2 см. Этот процесс дает высококачественные монокристаллы, в основном состоящие из 6H-SiC фазы (это связано с высокой температурой роста). Улучшенный процесс Лели при участии индукционного нагрева в графитовых тиглях дает еще большие монокристаллы до 10 см в диаметре[14]. Кубический SiC, как правило, выращивается с помощью более дорогостоящего процесса — химического осаждения паров[12][15].
Чистый карбид кремния также может быть получен путем термического разложения полимера полиметилсилана (SiCH3)n, в атмосфере инертного газа при низких температурах. Относительно CVD-процесса метод пиролиза более удобен, поскольку из полимера можно сформировать изделие любой формы перед запеканием в керамику[16][17][18][19].
Известно примерно 250 кристаллических форм карбида кремния[20]. Полиморфизм (способность вещества существовать в различных кристаллических структурах) SiC характеризуется большим количеством схожих кристаллических структур, называемых политипами. Они являются вариациями одного и того же химического соединения, которые идентичны в двух измерениях, но отличаются в третьем. Таким образом, их можно рассматривать как слои, сложенные в стопку в определённой последовательности[21].
Электропроводность
Карбид кремния является полупроводником, тип проводимости которого зависит от примесей. Проводимость n-типа получается при легировании азотом или фосфором, а p-тип — с помощью алюминия, бора, галлия или бериллия[2]. Металлическая проводимость была достигнута за счет сильного легирования бором, алюминием и азотом.
Сверхпроводимость была обнаружена в политипах 3C-SiC:Al, 3C-SiC:B и 6H-SiC:B при одинаковой температуре — 1,5 К[28].
Физические свойства:
Карбид кремния является твердым, тугоплавким веществом. Кристаллическая решетка аналогична решетке алмаза. Является полупроводником.[29]
· Стандартная энтальпия образования (298 К, кДж/моль): −66,1[30]
· Стандартная энергия Гиббса образования (298 К, кДж/моль): −63,7[30]
· Стандартная энтропия образования (298 К, Дж/моль·K): 16,61[30]
· Стандартная мольная теплоемкость (298 К, Дж/моль·K): 26,86[30]
· Характер кристаллической решётки: атомный. Энергия кристаллической решётки: 299 ккал/г·форм[31]
Химические свойства
Карбид кремния является единственным бинарным соединением, образуемым элементами IV группы Периодической таблицы элементов Д.И.Менделеева. По типу химической связи карбид кремния относится к ковалентным кристаллам.