Polimorfos de carboneto de silício - Polymorphs of silicon carbide

Muitos materiais compostos exibem polimorfismo , ou seja, podem existir em diferentes estruturas chamadas polimorfos. O carboneto de silício (SiC) é único a este respeito, pois mais de 250 polimorfos de carboneto de silício foram identificados em 2006, com alguns deles tendo uma constante de rede de até 301,5 nm, cerca de mil vezes os espaçamentos de rede usuais de SiC.

Os polimorfos de SiC incluem várias fases amorfas observadas em filmes finos e fibras, bem como uma grande família de estruturas cristalinas semelhantes chamadas politipos . São variações do mesmo composto químico que são idênticas em duas dimensões e diferem na terceira. Assim, eles podem ser vistos como camadas empilhadas em uma determinada sequência. Os átomos dessas camadas podem ser dispostos em três configurações, A, B ou C, para atingir o empacotamento mais próximo. A seqüência de empilhamento dessas configurações define a estrutura cristalina, onde a célula unitária é a seqüência mais curta repetida periodicamente da seqüência de empilhamento. Esta descrição não é exclusiva do SiC, mas também se aplica a outros materiais tetraédricos binários, como óxido de zinco e sulfeto de cádmio .

Categorizando os politipos

Uma abreviação foi desenvolvida para catalogar o grande número de estruturas de cristal de politipo possíveis: Vamos definir três estruturas de bicamada de SiC (ou seja, 3 átomos com duas ligações entre as ilustrações abaixo) e rotulá-las como A, B e C. Elementos A e B não altera a orientação da bicamada (exceto para possível rotação de 120 °, que não altera a rede e é ignorada a partir de agora); a única diferença entre A e B é o deslocamento da rede. O elemento C, no entanto, torce a rede em 60 °.

• Estrutura dos principais politipos de SiC.
• 

  2H-SiC

• 

  4H-SiC

• 

  6H-SiC

Estrutura 3C

Usando esses elementos A, B, C, podemos construir qualquer politipo de SiC. Acima são mostrados exemplos dos politipos hexagonais 2H, 4H e 6H, como seriam escritos no esquema de classificação de Ramsdell, onde o número indica a camada e a letra indica a rede de Bravais. A estrutura 2H-SiC é equivalente à da wurtzita e é composta apenas pelos elementos A e B empilhados como ABABAB. A célula unitária 4H-SiC é duas vezes maior e a segunda metade é torcida em comparação com 2H-SiC, resultando em empilhamento ABCB. A célula 6H-SiC é três vezes maior que a de 2H e a sequência de empilhamento é ABCACB. O 3C-SiC cúbico, também chamado de β-SiC, tem empilhamento ABC.

Propriedades físicas

Os diferentes politipos têm propriedades físicas amplamente variadas. 3C-SiC tem a maior mobilidade de elétrons e velocidade de saturação por causa do espalhamento de fônons reduzido resultante da maior simetria . As lacunas de banda diferem amplamente entre os politipos variando de 2,3 eV para 3C-SiC a 3 eV em 6H SiC a 3,3 eV para 2H-SiC. Em geral, quanto maior o componente wurtzite, maior o gap. Entre os politipos SiC, o 6H é o mais facilmente preparado e melhor estudado, enquanto os politipos 3C e 4H estão atraindo mais atenção por suas propriedades eletrônicas superiores. O politipismo de SiC torna não trivial o crescimento de material monofásico, mas também oferece algumas vantagens potenciais - se os métodos de crescimento de cristal podem ser desenvolvidos o suficiente, então heterojunções de diferentes politipos de SiC podem ser preparadas e aplicadas em dispositivos eletrônicos.

Resumo de politipos

Todos os símbolos nas estruturas SiC têm um significado específico: O número 3 em 3C-SiC refere-se à periodicidade de três bicamadas do empilhamento (ABC) e a letra C denota a simetria cúbica do cristal. 3C-SiC é o único politipo cúbico possível. A sequência de empilhamento Wurtzite ABAB ... é denotada como 2H-SiC, indicando sua periodicidade de empilhamento de duas camadas e simetria hexagonal . Esta periodicidade dobra e triplica nos politipos 4H- e 6H-SiC. A família de politipos romboédricos é rotulada com R, por exemplo, 15R-SiC.

Veja também

• Fibras de carboneto de silício

Referências

links externos

• Uma breve história do carboneto de silício Dr. JF Kelly, Universidade de Londres
• Folha de dados de segurança de material para carboneto de silício