Получение и исследование керамики на основе карбида кремния тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

.л | п П О

_ ч Ъзз и "сАнкт-петербургский государственный

электротехнический университет

На правах рукописи

Шабанов Шабан Шафиевич

ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ КЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ

Специальность: 01.04.10—физика полупроводников

и диэлектриков

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург—1993

Работа выполнена на кафедре экспериментальной физики Дагестанского государственного университета

Научный руководитель -

доктор физико-математических наук, профессор Сафаралиев г.К.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Сорокин B.C. кандидат технических наук Колннина В.И.

Ведущая организация - НПО "Позитрон"

Защита диссертации состоится "¿1 " 1993 г.

в -/У час. на заседании специализированного совета К 063.36.10 Санкт-Петербургского Государственного электротехнического университета по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул.проф.Попова,5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета Автореферат разослан "•¿g" 1993 г.

1чекый секретарь

с^ецийл2озрованного совета Окунев Ю.Т.

ОБЩАЯ ХАРАКТЁРЖТИКА РАБОТЫ '

• /дуальность rsffij. Интенсивное развитие современной техники невозможно представить без новых материалов с улучшвнны-' ми тепловыми, электрическими, диэлектрическимии механическими свойствами. Большой интерес в. этой связи проявляется к использованию керамики на дснове карбида кремния. Интерес вызван прежде всего свойствами самого карбида кремния, а также дешевизной технологии и сырья. Существенного расширения свойств керамических материалов на основе SlC можно достичь введением легирупцих добавок. Так, система SlC-BeO Интересна сочетанием высокой теплопроводности, электросопротивления и низюш КТР, благодаря чему она может найти применение в качестве подложек для интегральных микросхем. Однако известные работы по иссле- . дованию системы SlC-BeO % Не позволяют однозначно судить о причинах высокой теплопроводности и электросопротивления. В то - же время, вследствш токсгтчности оксида бериллия, ведется ий-тенсивный поиск материалов-заменителей, наиболее перспективным из которых является низрид алшиния. Интерес к. системе SlC-ARM ' связан такжаи с~тём,что в этой системе образуются непрерывные ф • щрокозоннне твердые растворы во всем диапазоне изменения составов. Поэтому значительный объем диссертационной работы посвящен проблема получения керамических материалов на основе карбида кремния и исследовании структуры, механических, тепловых и электрических свойств. Решить эту проблему можно путем изучения-^характера взаимодействия компонентов'и установления связи между составом и свойствами, керамических материалов.

Одной'из принципиальных возможностей создания узкозонных полупроводниковых материалов является получение твердых растворов между полупроводниксм и полуметаллом, или полупроводником и металлом. В этой связи представляет большой интерес исследование систем карбид кремния-карбида переходных металлов, и в частности системы SlC - М8С , $>iC-TLC. , SlC - 2rC . Исследование твердофазного взаимодействия в этих системах ин~ тереено также и тем, что дает наглядную картину тех диффузионных процессов, которые происходят при спекании керамики на основе SlC . тем более известно, что механические свойства

керамики на основе карбида кремния значительно улучшаются при добавлении карбидов Мб , Tl и 2г .

Цель диссертационной да^оты ^Разработка технологии и исследование физических свойств керамики на основе карбида кремния для управляемого получения материалов с контролируемы-« ми характеристиками.

Научная новизна £аботьп_

1. В керамике SLC-&eO при составах VtC + 2,3-2,5$ мол. BeOßngpBHe обнаружено уменьшение параметра решетки "С" от '

15,096 А до 15,054 увеличение микротвердости в 1,5-2 раза и теплопроводности до 160 Вт/м«К.

2. Изучены модули упругости в керамических материалах SlC-BeO и SIC - AßN . Впервые обнаружено, что в керамике SiC-AW упругие свойства матрицы выше, 'чем у исходных компонент при составах 10-90$ масс. AfLM , а в системе SIC-&&0 при составах SIC + 2,3-2,5$ мол. ВеО наблюдается тенденция к

их увеличению.

3. Впервые исследована температурная зависимость электропроводности керамики SIC - A£N в интервале температур 300-I800K. Установлено, что термическая ширина запрещенной зоны в области высоких температур меняется с 3,24 аВ у чистого SlC дсР

6 аВ у образцов с содержанием A6N 80$ масс., удельное электрическое сопротивление для составов более 70$ масс. АШ составляло 10 10^ Ом'см, а диэлектрическая проницаемость 10 при I МГц. ' .

4. Впервые исследована температурная зависимость электропроводности в керамика SlC-&е0 в интервале температур 300- 1800 К. Обнаружено, что при составах SIC. + 0,8-4,7$ мол.

ВеО энергия активации в низкотемпературной области изменялась 0,1-1,85 аВ, а в высокотемпературной 0,67-2,14 эВ,удельное электрическое сопротивление составляло - 10^- Ю^Ом'см, диэлектрическая проницаемость 10-15 при I МГц.

5. Методом электронной Оже-спектроскопии исследовано твердофазное взаимодействие в системах SLC-N8C , SlC -TIC',

SLC-ЯгС. Впервые показано, что в этих системах происходит интенсивная кампояент и в приконтактной области об-

газувтся непрерывные ряда твердых растворов.

Пржтаческм^п^нность '£аботыг

1. Разработана технология получения высокотеплопроводной и высокоплотной керамики на основе карбида кремния-оксида бериллия и карбида кремния-нитрида алюминия.

2. Результаты комплексного исследования структурных, механических, тепловых и электрических свойств'могут быть рекомендованы дая получения высокотеплопроводных керамических материалов на основе карбида кремния, пригодных в качестве подложек дая интегральных микросхем.

3. Определены технологические условия и разработаны принципы получения узкозонных полупроводниковых материалов на основе твердых растворов SIC -МЙС /АС }i I7302I9 от 3.01.92/

и S>LC.-2rC /пол.решение от 23.12.91 г., заявка JS 4902903/ /26/005588/.

Научные положения,_вшосшше_на защиту^

1. Существование определенных зависимостей параметра решетки "С", КТР, микротвердости и теплопроводности в керамике на основе карбида кремния, обусловленных добавлением оксида бериллия (0,8 * 3,üfo мол. ЬеО ).

2. Уменьшение теплопроводности, диэлектрической проницаемости и увеличение КГР, электросопротивления и модуля Юнга матрицы в керамика Slt-AtN относительно исходных компонент в зависимости от состава.

3. Образование непрерывных твердых растворов в прикон-тактной области систем НЕС , SIC.-TL С , Sl С - 2, г С при твердофазной диффузии компонент. ■.

Апробация даботы^ Результаты диссертационной работы докладывались на Ш Всесоюзном совещании "Физика и технология широкозонных полупроводников" Л1ахачкала, 1986/; на Х,ХЕ,ХП Всесоюзных конференциях "Конструкции и технология получения • изделий из неметаллических материалов" /Обнинск, 1986,1988, 1990 г.г./; теплофизической конференции СНГ /Махачкала, 1992/; УП Всесоюзном - I Международном совещании "Физика и технология люминофоров" /Ставрополь, 1992/; на Республиканской на- • учно-технической конференции по теплофизическим свойствам вещества/Баку, 1992/; конференции молодых ученых ДНУ /Махачкала, 1992/; итоговых научных конференциях Д1У №.В.И.Ленина Д986-1992 г.г./ и специализированных семинарах ДГУ им.В.И. Ленина /Махачкала/.

Пуйтажацш^'В се го по теме диссертационной работы автором опубликовано 14 печатных работ, из них одно авторское свидетельство. . '

Ст£укт£ра и объем £абомА Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы, включающего 133 наименований. Основная часть работы изложена на -183 страницах машинописного текста. Работа содержит 64 рисунка и 23 таблицы.

' СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ '

Во введенш_обоснована актуальность теш диссертации, изложены цели и задачи работы, сформулированы научная новизна, защищаемые положения и практическая ценность полученных резуль-т татов.

В педвой_главе^ассмотрвны критерии образования, термодинамика и краткий обзор литературы по полупроводниковым твердым растворам на основе карбида кремния.

В настоящее время для определения границ взаимной растворимости в металлах и полупроводниках используются различные корреляции. Исхода из корреляции между максимальной растворимостью элементов в карбида кремния и их алектроотрицатель- . ностью, а-также мевду орбитальными радиусами и элементов, определены системы, в которых наиболее вероятно образо- ; вание твердых растворов. В первую очередь, это твердые растворы примесей в S«,С , такие как ($«.£).,_х (П)х , где П -hl , * Бе г 6 . Н , во. и др. Определенный интерес представляют псевдобинарные системы, такие, как SiC-AEN, SlC-ЬеО , SLC-GtxW Анализ взаимной растворимости на основе этих корреляций дая систем SIC.-бе0 и Sit-АСЫ показывает, что они должны образовывать, по крайней мере, ограниченные псевдобинарные твердое растворы. Термодинамический анализ и расчет термодинамических функций, таких как энтальпия смешения и образования, критическая температура существования, позволили определить • область несмешиваемости твердых растворов ($'\.С)4_х(&еО)х и (SiC^.^AtN)^ Существуют довольно много различных видов тверда растворов е. системе Sl-C.-Ai-0-Ц, Большинство из них по-" лучают пока в виде керамики для целей огнеупорной цромышлен-носта. Для электронной техники большое значение имеет непре-

рывный ряд твердых растворов карбида кремния с лрямоэонным полупроводником нитридом алюминия и ограниченные твердые растворы SlC - с диэлектриком, обладавшим к тому же высокой теплопроводности - оксидом бериллия. К настоящему времени в литературе имеются сведения о тепловых и электрических свойствах керамики на основе SlC-BeO . Показано, что керамика на основе SlC-beO (4 2$ мол.ВеО ) имеет более высокую теплопроводность, чем М , коэффициент термического расширения, близкие к монокристаллическому кремнию, и высокое удельное сопротивление - больше ГО^ Ом*см. Керамика на основе SlC-beö уже находит применение в качестве'подложек мощных СБИС, а такйэ оптроноз и мнотоэлементных излучателей. Были также рассмотрены структура и физические свойства керамических материалов на основе SIC , в которых образуются твердые растворы при добавлении алюминий-, бврюитй~п борсодержадах компонентов.

Определенную перспективу должны иметь и материалы на основе SlC , пригодные для работы в ИК в диапазоне спектра. Наиболее прямой путь решения этой задачи - создание гомо- и гетеровалентных твердых растворов карбида кремния с карбидами элементов 1У и У групп периодической системы элементов Д.И.Менделеева ( N6C , Ti С , Irt и др.), 'обладающими металлической проводимостью. Кроме того, керамика на основе твердых растворов Sit- N ЕС. , SlC.-TiС , SiC.-2.rC может служить материалом для зеркал лазеров, работающих на.длине волны 10,6 мкм и отражателей синхронного излучения. На основе проведенных анализов были определены компоненты, которые "имели высокую растворимость в карбиде кремния и существенно могли бы расширить свойства карбидокремниевых керамических материалов.

Вторая_глава_посвящена технологии получения керамических материалов на основе SlC . Известно, что в силу своей ковалентной кристаллохимической природа SlC относится к числу "трудных" для спекания материалов, в связи с чем предварительная активация порошка (повышение ее внутренней энергии)» здесь приобретает особое значение. Поэтому дня карбида кремния, в отличив от традиционных способов получения гетерогенных керамических материалов на легкоспекающих оксидных

связках, потребовалась разработка новых методов спекания, позволяющих получать беспористые и малопористые материалы. Хотя порошок карбида кремния активизируется цри измельчении в результате образования различного рода разупорядочокий, дефектов, дислокаций, перенос масс путем пластической деформации кристаллической решетки за счет механизма переползания дислокаций практически исключается. Основная роль в переносе массы при твердофазном уплотнении принадлежит диффузии. Для включения в процесс массопереноса источников разулорядочения, необходимо более существенное дестабилизирующее воздействие на решетку SlC . Как следует из литературы, таким воздействием является глубокое разрыхление решетки SlC путем диффузионного, внедрения в него атомов некоторых активирующих добавок, благодаря чему запускаются в действие практически все механизмы переноса масс. Такими диффузионно-акткзными по отношению к SIC являются добавки ряда легких элементов ( Ь » » At и др.) и их соединений. Образуя твердые растворы, добавки деформируют решетку, повышают концентрацию вакансий, создают обусловленные градиентом концентраций напряжения, что облегчает самодиффузию. ' ■ •

Помимо активации порошка карбида кремния, добавления различных активизирующих добавок, спекание с приложением внешнего давления (горячее прессование) тоже является эффективным 'технологическим приемом, стимулирующим уплотнение.

Анализ специфики спекания карбида кремния предопределил основные технологические метода получения высокоплотных керамических материалов, а именно:измельчение (активация), активирующие добавки и горячее прессование. Для получения керамических материалов на основе SlC нами использовался зеленый порошок карбида кремния Запорожското абразивного комбината (ЗАК). Были отобраны две партии ЗАКовского порошка SlC , исходная дисперсность которых составляла 5 мкм и 20 мкм. В качестве активирующих добавок использовались также порошки оксида бериллия, порошки нитрида алюминия из СКТБ неорганических материалов 1Ш АН Латвии. Порошок карбида кремния перемалывался в шаровой мельниц*., Футерованной реакционноспеченными плитками из c,tC , а затем подвергался центрофугированию, очищению к уда-

лению с поверхности пленки в плавиковой кислоте. Гранулометрический анализ обработанных таким образом порошков карбида кремния исходной дисперсностью 5 мкм и 20 мкм показал, что были получены порошки со средней дисперсностью 2,4 мил и 13,6 мкм соответственно. Полученные таким образом порошки смешивались с порошками оксида бериллия и нитрида алюминия в следующих пропорциях.

!Дисперснi_мольные % компонент

! мкм |

j_I , ■ . ____

SiC 2,4 98,4 98,09 97,8 97,72 97,46 97,03 96,84

ВеО I 1,6 1,81 2,2 2,38 2,54 2,97 3,16

SIC 13,6 99,2 98,4 97,62 96,84 96,06 95,3

ВеО I 0,8 1,6 2,38 3,16 3,94 4,7

SIC 2,4 90 70 50 30 10

А£Ы I 10 30 50 70 90

массовые % компонент

Керамика на основе SlC-ЬеО и sic-Аем была получена методом горячего прессования в атмосфере СО,, и азота. Температура спекания SIC-АtM в зависимости от состава колебалась от 2150-2250 К, а SvX-BeO 2320-2420 К. . . После проведения процесса горячего прессования образцы, извлекались из графитовых пресс-форм и подвергались резке, шлифовке и позировке алмазным инструментом. Механической обработкой алмазным инструментом образцы доводились до необходимых размеров. Таким образом были получены образцы для структурных, теплофизических, электрических и механических измерений^

В третьей главе представлены результаты исследования структурных, механических, теплофизических и электрофизических свойств керамических материалов SiC-BeO и SlC-AtM .■ Исследования состава и степени гомогенности спеченной керамики на основе SIC проводились в зависимости от цели и характера вводимых в карбид кремния компонентов. Анализ состава имел целью определить качественное и количественное содержание таких ком-

поненгов, как Be* , At , N& я др. Анализ концентраций был приведен с помощью ядерной реакции ( ; И ). Исследования проводились при энергии оС -частиц ЕЛ = 2,5 МаВ. Измерения проводились на электростатическом ускорителе ЭГ-8. Для составления пространственного распределения бериллия было проведено сканирование. Результаты определения пространственного распределения и локальных концентраций бериллия показывают, что в керамике SiC-feeO оксид бериллия распределен равномерно, и концентрация его составляет не больше 70-80$ от первоначального. Качественный и количественный анализ таких компонент как АЕ , $1 . Мб проводился мет одет рентгеноспект-рального микроанализа на микроанализаторе "ЭША", Оже-микро-анализаторе "ДШИ",

Экспериментально установлено влияние оксида бериллия на уменьшение параметра "С" кристаллической решетки. Исследование проводилось на двух партиях керамики SiC.-BeO , полученной методами горячего прессования в атмосферах С0г и М2 . Измерение параметров кристаллической структуры керамики SiC-StO разной концентрации показало, что в диапазоне 0,8-4,7% мод.ЬеО пики .на дафрактограммах, присущие.чистому SlC , сдвинулись на 0,1-0,2° в сторону малых углов, что свидетельствует об из- « менении параметра кристаллической структуры. Изменения параметров решетки горячепрессованной керамики SiC-B>eO , спеченной в атмосфере Nj, , в зависимости от концентрации ЬеО , такке показали, что для составов 2,3 до 2,8$ мол. BfcO пика уширены по сравнению с чистым SlC . Установлено, что минимальные значения параметра "С" наблюдаются для образцов с добавками 2,3-2,5% мол. ЬеО .

Микротвердость является одной из. важнейших характеристик твердого тела, которая тесно связана с энергией связи между атсыами реиетки. Была определена микротвердость по Виккерсу керамических материалов SlC - ЬеО и SlC -AtW. Было установлено, что максимальное значение микротвердости приходится на область составов Si-С + 2,3-2,4$ мол. ВеО . Причем, это наблюдается как для горячепрессованной керамики SlC -ЬеО , спеченной в атг эофере С0г , так и в азоте. Для керамики SlC - AIM зависимость микрэтвердости от состава отклоняет-

ся от аддитивности в отрицательную сторону с максимумом, в области 50$ масс. А£Ы.

Для керамических материалов $1С-&еО и SIC -АЕ.Ыбшт определены также упругие модули. Результаты измерений модуля Юнга для керамических материалов на основе SlC-ЬеО показали, что данные для образцов SiC-BeO удовлетворительно ложатся на единую регрессионную кривую, и основным фактором, влиявдш на модуль упругости керамики SlC -ЬеО , является пористость. Однако для составов Sit + 2,3-2,5$ мол. ЬеО наблюдается тенденция к увеличению модуля Юнга матрицы SIC . Для керамики на основе SlC-A&M было установлейо, что модуль Юнга матрицы значительно болыве, чем у исходных компонент. Это указывает на высокую яесткость межатомных связей в керамике SIC.-A6.M , превышашую жесткость атомов исходных компонент.

В этой главе приводятся также данные по тепловому расширению, теплоемкости, температуро- и теплопроводности керамических материалов SlC-ЬеО и SIC.-АСЫ. Результаты изменения теплового расширения для керамики SiC-BeO свидетельствуют о том, что добавление оксида бериллия к SlC приводит к понижению КГ? пшшкристаллического карбида кремния до температур -700 К.

Оценки теплового расширения и теплопроводности для керамики на основе SlC-A^N показали, что с увеличением концентрации А £ Ы КТР увеличивается, а теплопроводность падает с 30 Вт/м-к до 10-12 Вт/м-К. Сравнение концентрационных зависимостей теплопроводности и ышротвердости системы SlC -&е0 показывает, что они идентичны. Установлено, что для керамических материалов SlC.-6eQ в интервале концентраций 2,3-2,5* мол. ВеО наблюдается резкое повышение теплопроводности. Прячем, это повышение наблюдается для керамики SlC-BeO , спеченной как в С Oi , так и а N4 . Учитывая такое se поведение микротвердостз, а также уменьшение параметра при составах SlC + 2,3-2,5$ мол. ЬеО , мокно предположить, что при это;.: составе образуется упорядоченный твердый растворо с более жесткими силами связи, чем у исходных компонент.

Для объяснения повышения теплопроводности предложена интерпретация этого эффекта на основе корреляционной с&чэ;:

между теплопроводностью и тепловым расширением.

Анализ корреляции между коэффициентами теплового расширения и теплопроводности'указывает, что повышение теплопроводности в керамике SiC-ЬеО и понижение в SiC-hlH связано с уменьшением и увеличением КТР в этих системах соответственно. Учитывая особенность твердых растворов наследовать свойства исходных компонент, такой эффект на исключен, так как добавки Бе О . имеющие отрицательные вначешан КТР вплоть до 120 К могут привести к понижению и без того низкого КГР SIC . Подтверждением этому служат и наши данные по KEP дал керамических материалов SIC-ВеО и SIC.-A£W.

Б керамических материалах SlC-feeO и SIC -кЫ исследовались также температурная зависимость электропроводности и диэлектрические свойства. Результаты температурной зависимости электропроводности дая керамики SiC-ЬеО и SIC-A tN показывают, что дббавление небольших количеств — 3% мол. &«0 приводит к уменьшению проводимости, и при комнатной температуре удельное сопротивление образцов керамики + 2,3-2,5$ мол. В»еО составляет Ю9+ 10 ° Ом*см, а для керамики SLC- AtM с содержанием AßN более 30$ масс. - 10гз- Ю Ом-см. На эти концентрации в керамике SiC-ЬеО приходится и минимальное значение диэлектрической проницаемости - 10-15 при частоте I МГц. Объяснение этому можно дать, если проследить связь между диэлектрической проницаемостью и шириной обедненного носителями заряда слоя спеченного материала. Из этой зависимости следует, что уменьшение удельной диэлектрической проницаемости спеченного материала связано с увеличением обедненного носителями заряда слоя. А шйрина самого обедненного слоя пропорциональна высоте•электрического барьера, которая в свою очередь является в конечном счете функцией носителей заряда. Поэтому уменьшение диэлектрической проницаемости можно объяснить тем, что Ье , действуя как акцептор по отношению к карбиду кремния, компенсирует носители заряда, и уменьшает их концентрацию. А это приводит к появлению обедненного носителями заряда слоя, к появлению электрического барьера и уменьшению диэлектрической проницаемости керамики SIC - ЬеО . Для керамических материалов SiC-AtN значение диэлектрической проницаемости для концентраций намного больше, чем у исходных компонент.

По-видимому, это связано с наличием р-n. -переходов на границах зерен. При малых концентрациях AIM большинство зерен пояикристаллического образца имеют проводимость ft.-типа и р-И- переходов мало. С увеличением концентрации A2W рас-, тет количество зерен р -типа, что приводит сначала к резкому увеличению,' а затем к уменьшению количества р-и-переходов и соответственно, диэлектрической проницаемости. Характер изменения электропроводности для образцов керамики SlC - ВеО и SlC.- объясняется, по-видимому, образованием твердых растворов в этих системах и определяется двумя факторами: концентрацией электрически активных примесей в решетке (, At , N , 0 ) и увеличением ширины запрещенной зоны с ростом содержания оксида бериллия и нитрида алюминия.

_В_ч9тв8птоц_главе_рассматриваются термодинамика, твердофазная диффузия в системах SIC-M2C , SlC-Tit , SlC-2rC. Результаты термодинамического расчета для SiC-M&C , SlC.-TIC, VlC. -2гС показывают, что области несмешиваемости в этих системах запрещают образование непрерывного ряда твердых растворов ниже 1500°С, 2000°С, 4000°С соответственно. Твердофазная диффузия в системах SIC-N ЕС , SlC-TIC , SiC.-2.rC изучалась с помощью Оже-спектроскопш на Оже-микроанализаторе "Д£АШ". Сложенные сэндвичем монокристаллы SlC и NEC , SlC и Tit , SlC и 2гС подвергались процессу горячего прессования при температурах Т = 2170-2470 К, давлении Р = 40 Ша в средах СОг и , в течении 30 мин, в засыпке порошка карбида кремния дисперсностью 5 мнм. После процесса горячего прессования для исследования твердофазного взаимодействия в системах SlC--N8C ,SlC-TiC' , SiC-2rC снимался косой шлиф. Оже-анализ показал наличие взаимной диффузии по всей площади взаимодействия. По концентрационным профилям НЕ , Ti и 2-Г з SlC и Si в М&С ,TlC , 2.г С видно, что они весьма сходны и сосредоточены вблизи.границы раздела, причем непрерывное возрастание парциальных атомных концентраций Cui, С^., tZr приводит к уменьшила и наоборот. Установлено, что растворимость Nß в SlC при Т = 232О К оказывается выше, чем Si в монокристалле N8C . Прианализе профилей распрэделэ-ния иг ,Tl ,2г В Sic и Si в NIC , TiC , ZrС

зевалась модель диффузии из неограниченного источника. Были рассчитаны коэффициенты диффузии для этих систем при температурах 2320 К.

Та б лица 2 -

hl -SiC = 2,3.ю~П см2/с - N6C. = 0,15-Ю"11 см2/с

hr- -Sic = 2,2-ю-11 см2/с К-IrC = 0,7'10~П см2/с

К- Vit = 6,3-Ю'11 см2/с »Ч-T.t ' 'I = 0,34-Ю"11 см2/с

Таким образом, проведенные исследования показали, что приконтактная область в системах SiC-NlC , SlC-TiC ,$LC-2rC представляет собой варизонную структуру, и в этих системах возможно образование твердых растворов.

1 -

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В итоге проделанной работы подучены следующие основные результаты:

1. Изучено влияние фазы, дисперсности, морфологии к других технологических параметров на свойства керамических карби-докремниевых материалов. Определены оптимальные технологические рекдаы спекания,и получены высокоплотные (до 98^'от теор.) керамические материалы на основе карбида кремния с добавками оксида бериллия и нитрида алшиния. •

2. Методами рентегносшктрального микроанализа,-ядерной спектроскопии и рентгеновской.дифрактометрии исследованы сос- ■ тав и структура керамики на основе SiC-beO и SIC-AHN •. Показано, что ЬеО и AdM по поверхности распределены равномерно^ их концентрация составляет 70-80$ от первоначального. Установлено, что добавление к SlC оксида бериллия приводит к уменьшению параметра решетки от 15,096 £ до 15,054 А при составе SIC + 2,3-2,5% мол. ВеО •

3. Исследованы зависимости микротвердости от составов керамических материалов SlC-EeQ и &1С-А&И и показано, что:

■ -I3.-.V • -í.', .. . -

- в керамике SiC-BeO при составе SIC + 2,3-2,5$ мод.* В> € О наблюдается увеличение микротвердости в 1,5-2 раза;

- для керамики SIC -А^Ы выявлено отклонение от аддитивности в отрицательную сторону с максимумом при составе 50$ масс. M.N ; ' • .

4. Исследованы упругое, свойства керамических материалов SIC-Вей и SIC-AS.N от состава и показано, что:

- основным фактором, влияющим на упругие свойства керамики SlC - Be0 является пористость;

- модуль Юнта матрицы в керамике SlC-AtN больше, чем у исходных компонент в диапазоне составов 30-90$ масс. АШ .

5. Изучены зависимости коэффициента термического расширения карбидкремниевой керамики от добавок и температуры. Показано, что добавление ВеО уменьшает, а добавление A6N увеличивает КТР карбидокремни'евой керамики. Установлено, что КТР керамики состава SiC+ 2,3-2,5$ мол. В>еО ниже, чем у моно- • кристаллического и поликристаллического карбида кремния,вплоть до температуры ~700 К. .'■/..

6. В керамике на основе SlC-ЬеО при составах Sic +

+ 2,3-2,5$ моя. &е0 обнаружен эффект увеличения теплопроводности'до 160 Вт/м-К. Показано, что теплопроводность керамики SlC-AßN уменьшается с 30,0 Вт/м«к у состава SiC + 10$ масс. AeN до 10-12 Вт/м-К у SIC + 90$ масс. Afi-M .

7. Исследована температурная зависимость электропроводности в керамике SlC-ßeO в интервале, температур 300-1800 К. Установлено, что при составах SIC + 0.,8 + 4,7$ мол. ВеО энергия активации в низкотемпературной области изменялась 0,1-1,85 аВ, а в высокотёмпературной-0,67 - 2,14 эВ. Удельное электрическое сопротивление для состава SIC + 2,4$ мол, ЬеО составляло Ю10 Ом* см. при температуре 300 К.

8. Исследована температурная зависимость электропроводности в керамике SlC -АЕ.Ы в интервале температур 300+1800 К. Установлено, что термическая ширина запрещенной зоны в области высоких температур меняется с 3,24 эВ у чистого SlC до

6 эВ у образцов с содержанием кЫ 70$ маСс. Удельное электрическое сопротивление для керамики Si-C-AßN состава с^ содержанием A5.N 70$ масс, и более составляло IQ1*3- см при температуре 300 К.

9. Б керамике на основе ^¡.С-ВеО при составах ^С + + 2,3-2,5$ мол. ЬеО диэлектрическая проницаемость составляла 10-15 при частоте I МГц, а в керамике 91С-А£.Ы дая составов с больше 60$ масс. - около 10 при I МГц.

10. Проведен термодинамический анализ и исследованы процессы диффузии при твердофазном спекании карбида кремния с карбидами переходных металлов ( М& , Т1 , г ). Изучено влияние технологических параметров прессования на диффузию и растворимость компонентов. Установлено, что N6 диффундирует в

Б1С на большую глубину, чем ?>1 в N£0 при температур Т = = 2420 К.

II. Методом электрической Оже-спектроскопш установлено, что в системах Э'сС-ЫЕС , БЛ-Т^С и Ь1С-2гС при твердофазном взаимодействии в результате диффузии компонент в приконтактной области образуется непрерывный ряд твердых растворов.

Публикации по теме диссертации: . .

1. Палчаев Д.К., Сафаралиев Г.К., Эфендиев А.З., Пашук Е.Г., Мехтиев Б.З., Мурлиева Е.Х., Курбанов М.К., Шабанов Ш.Ш. и др. Комплекс свойств поликристаллического самосвязанного карбида кремния./Дез. докл. Ш Бсес. совещания "Физика и технология широкозонных полупроводников".- Махачкала, 1012 сентября 1986. - С.39.

2. Сафаралиев Г.К. , Палчаев Д.К., Курбанов Шабанов Ш.Ш. Получение малоусадочной керамики на основе карбида кремния при высоких температурах.//Тез.докл. ХВсес. конф. "Конструкция и технология получения изделий из неметаллических-материалов". -.Обнинск, 29-31 октября, 1986. - С.128.

3. Сафаралиев Г.К.., Палчаев Д.К., Курбанов М.К., Шабанов Ш.Ш., Викулин В.В., Лещук Т.В. Высокотемпературная обработка карбида кремниевой керамики.//Тез. докл. X Всес.конф. "Конструкции и технология получения изделий из неметаллических материалов" - Обнинск, 29-31 октября, 1986. - С.129.

4. Ашурбеков С.А., Эфендиев А.З., Березуцкая Ю.Ю., Ли Ч.С., Шабанов Ш.Ш. Влияние лазерного облучения на люминесцентные свойства Б1С-ЬеО //В кн. "Широкозонные полупроводники". -Махачкала, 1988. - С. 131.

5. Сафаралиев Г.К., Палчаев Д.К., Шабанов Ш.Ш. и др. Карбид-кремниевая керамика на основе SlC-beO //Тез.докл. ХЕ Всес. конф. "Конструкции и технология получения изделий из неметаллических материалов". - Обнинск, 25-27 октября, 1988. -С. 14.

6. Билалов Б.А., Гогоци Ю.Г., Абилова Н.А . Шабанов Ш.Ш. Получение и структура керамики на основе твердых растворов SlC-БеО //Тез. Всес. конф. "Конструкции и технология получения изделий из неметаллических материалов". - Обнинск, 26-28 ноября, 1990. - С.23.

7. Сафаралиев Г.К., Таиров Ю.М., Цветков В.Ф., Шабанов Ш.Ш. Исследование растворимости и диффузии в системах 51С -14 & С при спекании керамики./Дез. ХП Всес.конф. "Конструкции и технология получения изделий из неметаллических материалов".-Обнинск, 26-28 ноября, 1990. - С.81.

8. Сафаралиев Г.К., TajqpoB Ю.М., Цветков В.Ф., Шабанов Ш.Ш. Исследование растворимости и диффузии в системах SX-H6C, SIC-Tic , Sic-Zr-C .- Письма в ЗЮ, 1991, т. 17, вш. 23. - С.80-83.

9. Сафаралиев Г.К., Таиров Ю.М., Цветков В.Ф., Шабанов Ш.Ш., Камара А. Образование твердых растворов в системе SiC-BeO

при горячем прессовании керамики. - Изв. АН СССР, Кеорг. материалы, 1992, т. 28, JS 4, С. 789-792.

¿0. Шабанов Ш.Ш., Офицерова Н.В., Сафаралиев Г.К., Пашук Е.Г. Получение и свойства керамики на основе твердых растворов SlC'-AtN .//Тез'.докл. Теплофизической конф. СНГ. - Махачкала, 24-28 июня, 1992. - С.191.

11. Сафаралиев Г.К., Шабанов Ш.Ш., Таиров Ю.М., Цветков В. Получение и люминесценция эпзтаксиальных слоев твердых растворов 5lC - N6C ./Дез. докл. I Международной конф. "Лшинофор-92", - Ставрополь,-1992. - С.55.

12. Шабанов Ш.Ш., Камара.А., Гази Ф.А., Сафаралиев Г.К. Образование твердых растворов в системе SlC-NßC .//Сб.статей студентов, аспирантов и преподавателей университета.-Махачкала, 1992. - С.104.

13. Гадаиев Г.Г., Сафаралиев Г.К., Шабанов Ш.Ш. и др. Теплопроводность керамик на основе твердых растворов $1С-&е О hSiC-AHN ./Дез.докл. Республиканской научно-техкнчос-

кой конференции по теплофизическзм свойствам веществ. -Баку, 2-5 ноября, 1992. -.С.118. ' .

Н.Гогоци Ю.Г., Сафаралиев Г.К., Таиров В.М., Цветков В.Ф., Шабанов Ш.Ш. Полупроводниковый материал. A.C. № I7302I9, заявка Л 4716124/26 с приоритетом от 06.07.89 г., <МКИ C3QB29/36, Б.И. № 16, 30.04.92 г. - C.II4. •

В печать 18.02.93 г. Формат 60x84 1Д6 .

Тираж 150 экз. .' Бесплатно . '

Печатное предприятие Радуга, г.Махачкала, ул.Маркова,18