Muchos materiales compuestos presentan polimorfismo , es decir, pueden existir en diferentes estructuras llamadas polimorfos. El carburo de silicio (SiC) es único en este sentido, ya que hasta 2006 se habían identificado más de 250 polimorfos de carburo de silicio [1] , y algunos de ellos tienen una constante de red de hasta 301,5 nm, aproximadamente mil veces la separación de red habitual del SiC. [2]
Los polimorfos de SiC incluyen varias fases amorfas observadas en películas delgadas y fibras, [3] así como una gran familia de estructuras cristalinas similares llamadas politipos . Son variaciones del mismo compuesto químico que son idénticas en dos dimensiones y difieren en la tercera. Por lo tanto, pueden verse como capas apiladas en una secuencia determinada. Los átomos de esas capas pueden organizarse en tres configuraciones, A, B o C, para lograr un empaquetamiento más cercano. La secuencia de apilamiento de esas configuraciones define la estructura cristalina, donde la celda unitaria es la secuencia periódica más corta repetida de la secuencia de apilamiento. Esta descripción no es exclusiva del SiC, sino que también se aplica a otros materiales tetraédricos binarios, como el óxido de zinc y el sulfuro de cadmio .
Se ha desarrollado una abreviatura para catalogar la gran cantidad de posibles estructuras cristalinas politípicas: definamos tres estructuras bicapa de SiC (es decir, 3 átomos con dos enlaces entre ellos en las ilustraciones siguientes) y etiquetémoslas como A, B y C. Los elementos A y B no cambian la orientación de la bicapa (excepto por una posible rotación de 120°, que no cambia la red y se ignora de aquí en adelante); la única diferencia entre A y B es el desplazamiento de la red. El elemento C, sin embargo, tuerce la red 60°.
Usando esos elementos A, B, C, podemos construir cualquier politipo de SiC. Arriba se muestran ejemplos de los politipos hexagonales 2H, 4H y 6H como se escribirían en la notación de Ramsdell donde el número indica la capa y la letra indica la red Bravais. [4] La estructura de 2H-SiC es equivalente a la de la wurtzita y está compuesta únicamente por los elementos A y B apilados como ABABAB. La celda unitaria de 4H-SiC es dos veces más larga y la segunda mitad está torcida en comparación con 2H-SiC, lo que da como resultado un apilamiento ABCB. La celda de 6H-SiC es tres veces más larga que la de 2H y la secuencia de apilamiento es ABCACB. El 3C-SiC cúbico, también llamado β-SiC, tiene apilamiento ABC. [5]
Los diferentes politipos tienen propiedades físicas muy variadas. El 3C-SiC tiene la mayor movilidad electrónica y velocidad de saturación debido a la dispersión reducida de fonones resultante de la mayor simetría . Los intervalos de banda difieren ampliamente entre los politipos, desde 2,3 eV para el 3C-SiC hasta 3 eV en el 6H-SiC y 3,3 eV para el 2H-SiC. En general, cuanto mayor es el componente de wurtzita, mayor es el intervalo de banda. Entre los politipos de SiC, el 6H es el más fácil de preparar y el mejor estudiado, mientras que los politipos 3C y 4H están atrayendo más atención por sus propiedades electrónicas superiores. El politipismo del SiC hace que no sea trivial cultivar material monofásico, pero también ofrece algunas ventajas potenciales: si se pueden desarrollar métodos de crecimiento de cristales lo suficiente, se pueden preparar heterojunciones de diferentes politipos de SiC y aplicarlas en dispositivos electrónicos. [5]
Todos los símbolos en las estructuras de SiC tienen un significado específico: el número 3 en 3C-SiC se refiere a la periodicidad de tres bicapas del apilamiento (ABC) y la letra C denota la simetría cúbica del cristal. 3C-SiC es el único politipo cúbico posible. La secuencia de apilamiento ABAB... de wurtzita se denota como 2H-SiC, lo que indica su periodicidad de apilamiento de dos bicapas y simetría hexagonal . Esta periodicidad se duplica y triplica en los politipos 4H- y 6H-SiC. La familia de politipos romboédricos se etiqueta como R, por ejemplo, 15R-SiC.
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