2.2. Методы получения GaN

В настоящее время известны четыре способа получения нитрида галия:

1. Непосредственный синтез азотированием галлия. Кристаллы нитрида галлия выращивают прямым синтезом из элементов N и Ga при давлении 100 атм в атмосфере азота N₂ и температуре 750 °C. Повышенное давления газовой среды необходимо для осуществления реакции галлия и азота при относительно невысоких температурах; в условиях низкого давления галлий не вступает в реакцию с азотом ниже 1000 °C.

2. Нагревание Ga в токе NH­₃ при температуре 1200 °C.

3. Разложение (NH₄)₃GaF₆ (GaCl^.NH₃) в токе NH_3­ ­при температуре 900 °C

4. Восстановление оксида Галлия с азотированием при температуре 1100-1200 °C

На данный момент подавляющее большинство методов синтеза Нитрида Галлия основано на реакции взаимодействия аммиака с Галлийсодержащим порошком. Но высокая температура и длительность процесса ограничивает его применение в широких масштабах.

Перспективным методом синтеза может быть высокотемпературное горение смеси порошкообразного оксида Галлия с нанопорошком алюминия в атмосфере воздуха.

3. Свойства молекул

3.1 Описание молекулы карбида кремния.

Свойства карбида кремния сильно зависят от его кристаллической структуры. На данный момент известно примерно 250 кристаллических форм карбида кремния, из них обширное применение имеет 3.

Молекула SiC образована ковалентной связью с тетраэдрической координацией атомов. Гибридизация валентных электронов углеродного атома сопровождается искажением их электронных облаков. Вместо конфигурации, свойственных s- и p-состояниям, облака каждого электрона при sp³-гибридизации приобретают резко ассиметричную форму, вытянутую в одну сторону от ядра атома и одинаковую для всех четырёх электронов. Аналогичная картина наблюдается в кристаллических веществах с тетраэдрической координацией атомов, к которой относится и SiC.

Как известно ковалентная связь характеризуется высокой прочностью, что означает высокую твердость и высокую температуру плавления.

Полиморфизм 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.

Альфа-карбид кремния (α-SiC) является наиболее часто встречающимся полиморфом. Эта модификация образуется при температуре свыше 1700 °C и имеет гексагональную решётку, кристаллическая структура типа вюрцита.

Бета-модификация (β-SiC), с кристаллической структурой типа цинковой обманки (аналог структуры алмаза), образуется при температурах ниже 1700 °C. До недавнего времени бета-форма имела сравнительно небольшое коммерческое использование, однако в настоящее время в связи с использованием его в качестве гетерогенных катализаторов интерес к ней увеличивается. Нагревание бета-формы до температур свыше 1700 °C способно приводить к постепенному переходу кубической бета-формы в гексагональную (2Н, 4Н, 6Н, 8Н) и ромбичеcкую (15R).

Чистый карбид кремния бесцветен. Его оттенки от коричневого до чёрного цвета связаны с примесями железа. Радужный блеск кристаллов обусловливается тем, что при контакте с воздухом на их поверхности образуется плёнка из диоксида кремния, что приводит к пассивированию внешнего слоя.

Карбид кремния является весьма инертным химическим веществом: практически не взаимодействует с большинством кислот, кроме концентрированных фтористоводородной (плавиковой), азотной и ортофосфорной кислот. Способен выдерживать нагревание на открытом воздухе до температур порядка 1500 °C. Карбид кремния не плавится при любом известном давлении, но способен сублимировать при температурах свыше 1700 °C.

Р исунок 3. Схематичное изображение (β) 3C – SiC структуры

Р исунок 4. Схематичное изображение 4H – SiC структуры

Рисунок 5. Схематичное изображение 6H – SiC структуры