Polimorfos de carburo de silicio
Muchos materiales compuestos exhiben polimorfismo , es decir, pueden existir en diferentes estructuras llamadas polimorfismos. El carburo de silicio (SiC) es único en este sentido, ya que en 2006 se habían identificado más de 250 polimorfos de carburo de silicio , [1] y algunos de ellos tenían una constante de red de hasta 301,5 nm, aproximadamente mil veces los espacios de red habituales de 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 de un mismo compuesto químico que son idénticas en dos dimensiones y difieren en la tercera. Por lo tanto, pueden verse como capas apiladas en una determinada secuencia. Los átomos de esas capas se pueden organizar en tres configuraciones, A, B o C, para lograr el empaquetamiento más cercano. La secuencia de apilamiento de esas configuraciones define la estructura cristalina, donde la celda unitaria es la secuencia repetida periódicamente más corta de la secuencia de apilamiento. Esta descripción no es exclusiva de SiC, sino que también se aplica a otros materiales tetraédricos binarios, comoóxido de zinc y sulfuro de cadmio .
Se ha desarrollado una abreviatura para catalogar la gran cantidad de estructuras cristalinas de politipo posibles: definamos tres estructuras de bicapa de SiC (es decir, 3 átomos con dos enlaces en el medio en las ilustraciones a continuación) y rotulémoslas como A, B y C. 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 en lo sucesivo); 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 SiC. Arriba se muestran ejemplos de los politipos hexagonales 2H, 4H y 6H tal como se escribirían en la notación de Ramsdell , donde el número indica la capa y la letra indica la red de Bravais. [4] La estructura 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. 3C-SiC tiene la mayor movilidad de electrones y velocidad de saturación debido a la menor dispersión de fonones que resulta de la mayor simetría . Los huecos de la bandadifieren ampliamente entre los politipos que van desde 2,3 eV para 3C-SiC a 3 eV en 6H SiC a 3,3 eV para 2H-SiC. En general, cuanto mayor es el componente de wurtzita, mayor es la brecha de banda. Entre los politipos de SiC, el 6H se prepara con mayor facilidad y se estudia mejor, mientras que los politipos 3C y 4H están atrayendo más atención por sus propiedades electrónicas superiores. El politipismo de SiC hace que no sea trivial cultivar material monofásico, pero también ofrece algunas ventajas potenciales: si los métodos de crecimiento de cristales se pueden desarrollar lo suficiente, se pueden preparar heterouniones de diferentes politipos de SiC y aplicarlos 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 capas 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 su simetría hexagonal . Esta periodicidad se duplica y triplica en los politipos 4H- y 6H-SiC. La familia de politipos romboédricos se denomina R, por ejemplo, 15R-SiC.
