Carburo de silicio

Identificación
Carburo de silicio

Pellets de SiC puro (~ 3 mm de diámetro).
__ Si __ C Estructura cristalina de carburo de silicio β ( polimorfo 3C o esfalerita ).
N o CAS	409-21-2
N o ECHA	100,006,357
N o CE	206-991-8
N o RTECS	VW0450000
PubChem	9863
CHEBI	29390
Sonrisas	[C -] # [Si +] PubChem , vista 3D
InChI	Std. InChI: vista 3D InChI = 1S / CSi / c1-2 Std. InChIKey: HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N
Apariencia	sólido cristalizado
Propiedades químicas
Fórmula	C Si
Masa molar	40,0962 ± 0,0011 g / mol C 29,95%, Si 70,05%,
Propiedades físicas
T ° fusión	2700 ° C (descomposición)
Solubilidad	insoluble en agua, hasta 10 mg · L -1
Densidad	3,16 g · cm -3 a 20 ° C
Cristalografía
Símbolo de Pearson	$hR6 \,$
Clase de cristal o grupo espacial	R3m, ( n o 160) trigonal Hermann-Mauguin: $R \ 3 \ m \,$ Moscas de Schoen: $C _ {{3v}} ^ {5} \,$
Estructura típica	wurtzita
Precauciones
SGH
Atención H315 , H319 , H335 , H351 , P201 , P261 , P280 , P305 + P351 + P338 , P405 y P501 H315 : Provoca irritación cutánea H319 : Provoca irritación ocular grave H335 : Puede irritar el tracto respiratorio H351 : Se sospecha que provoca cáncer (indíquese la vía de exposición si se ha demostrado de manera concluyente que ninguna otra vía de exposición conduce al mismo peligro) P201 : Obtenga instrucciones especiales antes de usar. P261 : Evite respirar el polvo / humo / gas / niebla / vapores / aerosoles. P280 : Use guantes de protección / ropa protectora / protección para los ojos / protección facial. P305 + P351 + P338 : En caso de contacto con los ojos: Enjuagar cuidadosamente con agua durante varios minutos. Quítese los lentes de contacto si la víctima los usa y se pueden quitar fácilmente. Continúe enjuagando. P405 : Tienda cerrada. P501 : Eliminar el contenido / el recipiente en ...
WHMIS
D2B,
NFPA 704
1 1 1

Unidades de SI y STP a menos que se indique lo contrario.

El carburo de silicio es un compuesto químico de fórmula SiC. Es un semiconductor sintético ultrarrefractaire de cerámica ultraduro , que se puede encontrar en la naturaleza como un mineral raro, la moissanita .

Con el proceso de Acheson , desde el final de XIX XX siglo , se conoce industrialmente producir el polvo de carburo de silicio, que se usó primero como abrasivo . Los granos de SiC se pueden sinterizar para obtener piezas cerámicas muy duras , de 9,0 a 9,5 en la escala de Mohs , que se utilizan ampliamente para aplicaciones que requieren alta resistencia como frenos , embragues o las placas de ciertos chalecos antibalas .

El carburo de silicio también tiene aplicaciones electrónica fecha desde el comienzo de la XX XX siglo con el primer radio y los diodos emisores de luz ( LED ); hoy en día, este material se utiliza en componentes electrónicos que deben operar a alta temperatura o bajo alto voltaje . Large de carburo de silicio individuales cristales pueden ser obtenidos por el proceso de Lely , que los cristales de entonces se pueden cortar en gemas llamados moissanite sintético .

El carburo de silicio tiene más de 250 polimorfos , siendo las principales α-SiC (o politipo 6 H , hexagonal ), β-SiC (o politipo 3 C , esfalerita tipo ), y carburo de silicio 4 H .

Estructura y propiedades

El carburo de silicio puro es incoloro, pero el producto industrial es de negro a verde debido a las impurezas de alúmina Al 2 O 3. El SiC más puro tiende al verde botella. El material sólido tiene una densidad de 3,217 g · cm -3 a 20 ° C y es prácticamente insoluble en agua. Resiste la oxidación en la atmósfera por encima de 800 ° C formando una capa de pasivación sobre el dióxido de silicio SiO 2que protege el material del oxígeno en el aire . Por encima de 1600 ° C y bajo una presión parcial de oxígeno de menos de 5 kPa , se forma monóxido de silicio SiO, que es gaseoso a esta temperatura y por lo tanto ya no protege el material contra la oxidación, por lo que el SiC arde rápidamente en estas condiciones.

El carburo de silicio tiene una dureza de 9,0 a 9,5 en la escala de Mohs , comparable a la del carburo de boro B 4 Cy alúmina Al 2 O 3. Tiene una conductividad térmica de alrededor de 350 W · m -1 · K -1 para SiC puro, típicamente reducida a 100 a 140 W · m -1 · K -1 para SiC técnico, dependiendo del proceso de fabricación. Su ancho de banda prohibida varía según el politipo considerado, por ejemplo 2,39 eV para β-SiC (3 C politipo ) y 3,33 eV para el 2 H politipo . No se funde, incluso en atmósfera inerte, y se descompone a 2.700 ° C , 2.830 ° C o 3.070 ° C según diversas mediciones realizadas respectivamente en 1986, 1988 y 1998.

Propiedades de los principales politipos de carburo de silicio

Politipo	6 H (α)	3 C (β)	4 horas
Estructura cristalina	Hexagonal ( wurtzita )	Cúbico ( esfalerita )	Hexagonal
Grupo espacial	VS4 6v- P 6 3 mc	T2 días- F 4 3 m	VS4 6v- P 6 3 mc
Símbolo de Pearson	HP12	cF8	HP8
Parámetro de cristal	3,0810 Å ; 15,12 Å	4,3596 Å	3,0730 Å ; 10.053 Å
Densidad	3,21 g · cm -3	3,21 g · cm -3	3,21 g · cm -3
Brecha de banda ancha	3,05 eV	2,36 eV	3,23 eV
Módulo de compresión	220 GPa	250 GPa	220 GPa
Conductividad térmica a 300 K	490 W · m -1 · K -1	360 W · m -1 · K -1	370 W · m -1 · K -1

Polimorfismo

El carburo de silicio destaca por su polimorfismo particularmente desarrollado, con más de 250 formas cristalinas . Este polimorfismo se caracteriza por estructuras cristalinas muy cercanas denominadas politipos , idénticas en dos dimensiones pero diferenciadas entre sí en la tercera dimensión, lo que permite describirlas como diferentes entre sí por el orden de apilamiento de las capas atómicas de estructura determinada.

El carburo de silicio alfa (α-SiC) es el politipo más común. Se forma por encima de 1700 ° C , con un tan - 6 llamado H hexagonal estructura cristalina . El carburo de silicio beta (β-SiC) se forma por debajo de 1700 ° C , con una estructura cúbica de dicha esfalerita tipo 3 C , similar a la del diamante . El Β-SiC se usó relativamente poco hasta el cambio de siglo, pero ha encontrado aplicaciones industriales como soporte de catálisis heterogéneo porque tiene una superficie más grande que el α-SiC.

__ Si __ C
α-SiC, wurtzita .
__ Si __ C
β-SiC, esfalerita .

Conductividad eléctrica

El carburo de silicio es un semiconductor que puede ser dopado n con nitrógeno y fósforo y p con berilio , boro , aluminio y galio . La superconductividad se ha observado en la 3 C -SiC: Al, 3 C -SiC: y B 6 H -SiC: B a la misma temperatura de 1,5 K . Sin embargo, hay una diferencia esencial en el comportamiento entre el dopaje de boro y el dopaje de aluminio: SiC: Al es un tipo II superconductor , como Si: B, mientras SiC: B es un tipo I superconductor. . Se ha demostrado que los sitios de silicio en la red cristalina de carburo de silicio son más importantes para la superconductividad que los sitios de carbono; esto podría explicar la diferencia en el comportamiento magnético según los modos de dopaje porque el boro reemplaza al carbono mientras que el aluminio reemplaza al silicio en el carburo de silicio.

Carburo de silicio natural

El carburo de silicio existe en cantidades muy pequeñas en el entorno natural como un mineral de α-SiC llamado moissanita . Se pueden encontrar cantidades mínimas de este mineral en ciertos tipos de meteoritos y en depósitos de corindón y kimberlita . El primer fragmento de moissanita fue observado en 1893 por Henri Moissan -quien dio nombre al mineral- en el meteorito Canyon Diablo , del Meteor Crater , en Arizona ( Estados Unidos ). Este hallazgo se debatió a menudo porque la muestra en la que estaba trabajando Moissan podría haber estado contaminada con hojas de sierra de carburo de silicio que ya estaban en el mercado en ese momento.

Moissanite se ha encontrado como un mineral accesorio en kimberlitas , principalmente como el 6 H y 15 R politipos . También se han encontrado granos de moissanita dentro de una sienita peralcalina del volcán Água de Pau ( isla de São Miguel , Azores ). Este es especialmente el politipo 6 H , pero el politipo 4 H también está presente. La formación de moissanita indica condiciones extremadamente reductoras y posiblemente un flujo de metano e hidrógeno .

Aunque es extremadamente raro en la Tierra , el carburo de silicio es particularmente abundante en el espacio. Es un componente importante del polvo interestelar y por eso se encuentra a menudo en los meteoritos más primitivos, es decir, en los menos alterados desde su formación. Casi siempre es β-SiC. La moissanita se encuentra así en ciertos meteoritos condríticos , en forma de granos presolares ( fr ) . La composición isotópica de estos granos proporciona información sobre la nucleosíntesis estelar explosiva y ciertas reacciones nucleares dentro de las supernovas de Tipo II . El análisis de los granos de carburo de silicio del meteorito Murchison , una condrita carbonosa que cayó en Victoria , Australia , también reveló relaciones isotópicas de carbono y silicio inusuales que indican un origen fuera del Sistema Solar .

Producción

Dado que la moissanita es un mineral extremadamente raro, el carburo de silicio es un material esencialmente sintético. Se utiliza como abrasivo como semiconductor y como gema como el diamante . El método más simple es la combinación de la arena de sílice con carbono en un horno eléctrico de acuerdo con el proceso de Acheson , entre 1600 y 2500 ° C . También es posible producir carburo de silicio a partir de granos de sílice presentes en su (por ejemplo, el del arroz ) calentando el conjunto para que reaccione el dióxido de silicio SiO 2con carbono de materia orgánica . El humo de sílice , que es un subproducto de la producción de silicio y aleaciones de ferrosilicio , también puede dar carburo de silicio por calentamiento con grafito a 1500 ° C .

La pureza del material formado en un horno Acheson depende de la distancia a las resistencias de grafito. Los cristales más puros son incoloros, de color amarillo claro o verde y se encuentran más cerca de las resistencias. El color se vuelve azul marino y negro a medida que nos alejamos de las resistencias y los cristales se vuelven menos puros. Las impurezas más comunes son el nitrógeno y el aluminio , que afectan la conductividad eléctrica del material.

El carburo de silicio puro se puede obtener mediante el proceso Lely , durante el cual el carburo de silicio se sublima para liberar silicio, carbono, dicarbonato de silicio SiC 2y carburo de disilicio Si 2 Cen una atmósfera de argón a 2.500 ° C , especies que luego se condensan como monocristales de unos 2 cm de diámetro sobre un sustrato más frío . Este proceso produce monocristales de buena calidad, esencialmente en forma de α-SiC ( politipo 6 H ) debido a la alta temperatura de crecimiento. Un proceso Lely modificado que utiliza calentamiento por inducción en crisoles hechos de grafito produce cristales aún más grandes, de hasta 10 cm .

Cristales de SiC obtenidos por el proceso Lely .

El carburo de silicio cúbico (β-SiC) se obtiene generalmente mediante procesos de deposición química en fase de vapor ( CVD ) más costosos . Es posible realizar homoepitaxias y heteroepitaxias de capas de carburo de silicio a partir de precursores líquidos o gaseosos. También se puede preparar carburo de silicio puro mediante descomposición térmica de un polímero , poli (metilsilina) , bajo una atmósfera inerte a una temperatura más baja. En comparación con los métodos CVD, la pirólisis de un polímero tiene la ventaja de poder dar una forma precisa al polímero antes de convertirlo en cerámica.

Aplicaciones

Abrasivos y herramientas de corte

El carburo de silicio es un abrasivo comúnmente utilizado en las artes plásticas debido a su durabilidad y bajo costo. En la industria, se utiliza en procesos de mecanizado por abrasión como esmerilado , pulido , corte con chorro de agua y arenado . Las partículas de carburo de silicio se laminan sobre papel para producir papel de lija y tiras antideslizantes para patinetas .

Un compuesto de alúmina Al 2 O 3y bigotes de carburo de silicio SiC de especial resistencia se observó en 1982 y se comercializó en herramientas de corte en 1985.

Material estructural

Como otras cerámicas ultra duras ( alúmina Al 2 O 3y carburo de boro B 4 C), el carburo de silicio se utiliza en armaduras compuestas (por ejemplo, armaduras Chobham ) y en las placas de cerámica de algunos chalecos antibalas .

El carburo de silicio se utiliza como material de soporte y estantería en hornos de alta temperatura, especialmente para la cocción de cerámica, fundición de vidrio o fundición de vidrio. Los estantes de horno de carburo de silicio son significativamente más livianos y más duraderos que los estantes tradicionales de alúmina.

En diciembre 2015La inyección de nanopartículas de carburo de silicio en la masa fundida de magnesio ha sido propuesta a la Universidad de California en Los Ángeles como un medio para producir un nuevo plástico resistente a las aleaciones para su uso en la industria aeroespacial , automotriz y microelectrónica .

Equipo automotriz

El compuesto de silicio infiltrado carbono-carbono se utiliza para frenos de disco "cerámicos" de alto rendimiento porque es capaz de soportar temperaturas extremas. El silicio reacciona con el grafito en el compuesto carbono-carbono para formar carburo de silicio reforzado con fibra de carbono (C / SiC). Estos discos se utilizan en algunos coches deportivos y vehículos de alta gama.

El carburo de silicio también se utiliza en forma sinterizada para filtros de partículas diésel . También se utiliza como aditivo en aceite para reducir la fricción , las emisiones y los armónicos .

Pararrayos

La primera aplicación del carburo de silicio en instalaciones eléctricas fue la fabricación de pararrayos . Estos dispositivos tienen una alta resistencia cuando el voltaje eléctrico que se les aplica es menor que un voltaje umbral, y una resistencia baja cuando el voltaje eléctrico que se les aplica es mayor que este voltaje umbral.

Rápidamente se advirtió que la resistencia eléctrica del carburo de silicio depende del voltaje al que está sometido, por lo que se conectaron columnas de pellets de SiC entre las líneas de alto voltaje y tierra . Si el rayo que cae sobre la línea eleva la tensión con respecto a tierra por encima de un valor límite, las baterías de SiC se vuelven conductoras y evacuan el exceso de tensión a tierra, preservando el resto de la instalación eléctrica. En la práctica, se ha descubierto que las columnas de SiC son muy conductoras a voltajes de funcionamiento normales y, por lo tanto, deben conectarse en serie con descargadores de chispas . Estos descargadores de chispas se ionizan y se vuelven conductores cuando los rayos aumentan el voltaje de la línea eléctrica, que establece contacto con la tierra a través de las columnas de SiC, que ya no está aislado .

Las columnas de SiC originalmente estaban destinadas a reemplazar los descargadores de chispas en los descargadores de sobretensión, que generalmente no son confiables porque no siempre forman el arco eléctrico esperado y permanecen conductoras durante demasiado tiempo, por ejemplo, como resultado de una falla del equipo o contaminación por polvo o sal. Dichos descargadores con descargadores de chispas y columnas de carburo de silicio han sido comercializados en particular por General Electric y Westinghouse Electric Corporation . Desde entonces, este equipo ha sido reemplazado en gran parte por varistores de columna de gránulos de óxido de zinc ZnO.

Pirómetros de filamento

Las fibras de carburo de silicio se pueden utilizar en pirómetros de filamento, que miden la temperatura de una corriente de gas caliente utilizando filamentos finos cuyo espectro de emisión se captura para determinar la temperatura . Para ello, se utilizan fibras de SiC de 15 µm de diámetro, suficientemente finas para no perturbar el flujo de gas y para asegurar que la temperatura de la fibra sea lo más cercana posible a la temperatura de la corriente de gas. Esto permite temperaturas de aproximadamente 500 a 2200 ° C a medir .

Componentes electrónicos

El carburo de silicio fue el primer material semiconductor de importancia comercial. Una señal de detección de diodos radio a cristal en "carborindon" (carburo de silicio sintético, carborundum en inglés) fue patentada en 1906 por Henry Harrison Chase Dunwoody (en) . Rápidamente encontró un amplio uso en los receptores de radio de los barcos.

La luz emite diodos

La electroluminiscencia se descubrió en 1907 a partir de componentes de carburo de silicio y los primeros diodos emisores de luz ( LED ) se basaron en SiC. Los LED amarillos en 3 C -SiC se produjeron en la URSS en la década de 1970 y los LED azules en todo el mundo en la década de 1980 . Sin embargo, estos diodos han dado paso rápidamente a diodos de nitruro de galio GaN, que tienen una emisión azul de diez a cien veces más potente porque GaN es un semiconductor con espacio directo , a diferencia del SiC es un material de espacio indirecto. Sin embargo, el SiC sigue siendo ampliamente utilizado en los LED como sustrato sobre el que crecen las capas activas de nitruro de galio, así como como disipador de calor en los LED de alta potencia.

Electrónica de potencia

El carburo de silicio es un semiconductor utilizado en electrónica de potencia en componentes electrónicos destinados a funcionamiento en microondas, alta temperatura o alto voltaje. Los primeros componentes disponibles fueron diodos Schottky y luego JFET y MOSFET para conmutación de alta potencia. De los transistores bipolares y tiristores están sujetos a desarrollos.

La comercialización del SiC se ha enfrentado al problema de eliminar los defectos de los cristales , como las dislocaciones de cuñas y tornillos. Esta es la razón por la que los componentes de carburo de silicio inicialmente mostraron un rendimiento deficiente, aunque se investigaron para mejorarlos. Además de la calidad de los cristales de SiC, los problemas de interfaz entre el SiC y el dióxido de silicio SiO 2obstaculizó el desarrollo de IGBT y MOSFET de potencia basados en carburo de silicio. Aunque el mecanismo no se comprende claramente, la nitruración ha reducido significativamente el número de defectos que causan problemas de interfaz en estos componentes.

La primera JFET tensión de funcionamiento comercial de 1.200 V se colocó en el mercado en 2008, seguido en 2011 por el primer operativo MOSFET a 1200 V . Los diodos Schottky de carburo de silicio se utilizan ampliamente en el mercado en módulos de potencia de factor de potencia y IGBT .

Joyería

El carburo de silicio utilizado en joyería se llama moissanita sintética , o simplemente moissanita , en referencia al mineral del mismo nombre. La moissanita sintética es similar al diamante en varios aspectos importantes: es una piedra transparente y dura (9,0 a 9,5 en la escala de Mohs , frente a 10 para el diamante), con un índice de refracción de 2,65 a 2,69 (frente a 2,42 para el diamante). ). Es un poco más dura que la zirconia normal. A diferencia del diamante, puede ser fuertemente birrefringente . Por esta razón, las joyas de moissanita se cortan a lo largo del eje óptico del cristal para limitar los efectos de la birrefringencia. Es más ligero ( densidad de 3,21 g · cm -3 contra 3,53 g · cm -3 ) y mucho más resistente al calor que el diamante. Por tanto, tiene un brillo más brillante, facetas más nítidas y mejor resiliencia. Piedras Moissanite se pueden colocar directamente en un molde para la fundición de la cera perdida , tales como diamantes, porque resiste moissanite temperaturas de hasta 1800 ° C .

La moissanita es un diamante de imitación popular y se puede confundir con el diamante real debido a su conductividad térmica particularmente cercana a la del diamante. Por otro lado, se diferencia del diamante por su birrefringencia y su muy ligera fluorescencia verde o amarilla bajo luz ultravioleta . Algunos moissanitas también exhiben inclusiones curvas, en forma de hilo, que están ausentes en los diamantes.

Astronomía

El bajo coeficiente de expansión térmica unido a la gran dureza del carburo de silicio, su alta rigidez y su alta conductividad térmica lo convierten en un material interesante para los telescopios utilizados en astronomía . El proceso de crecimiento por deposición química de vapor ( CVD ) se ha adaptado a la producción de discos de SiC policristalinos de hasta 3,5 m de diámetro. Varios telescopios, como el telescopio espacial Herschel , están equipados con ópticas policristalinas de SiC, mientras que los instrumentos del telescopio espacial Gaia están montados en un banco óptico rígido de carburo de silicio que proporciona una estructura estable que no está sujeta a expansión térmica.

Elementos de calentamiento

De los elementos de calentamiento de carburo de silicio son reportados en la literatura desde el comienzo de la XX XX siglo . Permitieron alcanzar temperaturas de funcionamiento más altas que los elementos metálicos . Estos elementos calefactores de SiC se utilizan hoy en día en la fusión de vidrio y metales no ferrosos, el tratamiento térmico de un metal , la producción de vidrio flotado , la producción de cerámicas y componentes electrónicos , el encendido de luces piloto. Para calentamiento de gas, etc. .

Soporte de catalizador

El hecho de que el carburo de silicio resista naturalmente la oxidación y el desarrollo de nuevos métodos para producir β-SiC, con una estructura cristalina similar a la de la esfalerita , hacen del carburo de silicio un material interesante como soporte de catalizador en catálisis heterogénea debido a su superficie extendida. Estas propiedades se aprovechan en la oxidación de hidrocarburos , como la conversión de n- butano en anhídrido maleico .

Partículas TRISO para combustible nuclear

El carburo de silicio es un componente importante de las partículas de combustible nuclear del tipo TRISO (" isotrópico triestructural "), utilizado por los reactores nucleares de muy alta temperatura , como los reactores de lecho de bolas . Cada partícula TRISO está formada por un núcleo de dióxido de uranio o carburo de uranio rodeado por cuatro capas de tres materiales isotrópicos : una capa amortiguadora de carbono poroso, luego una capa interna de carbono pirolítico denso (PyC), luego una capa de SiC destinada a retener los productos de fisión. a altas temperaturas y para reforzar la integridad estructural de la partícula TRISO, y finalmente una capa exterior de PyC densa.

Se ha estudiado el carburo de silicio para reemplazar al Zircaloy en revestimientos en reactores de agua ligera . Una de las razones de esta investigación es que Zircaloy se debilita por el hidrógeno producido por la corrosión en contacto con el agua , lo que reduce significativamente la tenacidad del material. Este fenómeno se amplifica enormemente a altas temperaturas. Los recubrimientos de carburo de silicio no sufren este tipo de degradación mecánica y por el contrario mantienen su resistencia a las altas temperaturas. El material compuesto consiste en fibras de SiC enrolladas alrededor de una capa interna de SiC y rodeadas por una capa externa de SiC.

Producción de grafeno

El carburo de silicio se puede utilizar en la producción de grafeno debido a sus propiedades químicas que promueven la formación epitaxial de grafeno en la superficie de nanoestructuras de SiC. Existen varios métodos para cultivar grafeno en SiC. Así, el método de crecimiento por sublimación de confinamiento controlado ( CCS ) utiliza un chip de SiC calentado al vacío en presencia de grafito . Luego, el vacío se elimina muy gradualmente para controlar el crecimiento de grafeno. Este método da como resultado capas de grafeno de la mejor calidad, mientras que se han publicado otros métodos que logran una calidad equivalente.

También es teóricamente posible producir grafeno mediante la descomposición térmica de SiC a alta temperatura en el vacío, sin embargo, este método da como resultado capas de grafeno intercaladas con granos pequeños. Por tanto, se ha intentado mejorar la calidad y el rendimiento de este proceso mediante la grafitización ex situ de SiC terminado en silicio en una atmósfera de argón. Este método hizo posible producir capas de grafeno con dominios de tamaños más grandes que con otros métodos.

La mayoría de los procesos de producción de grafeno implican altas temperaturas, típicamente 1300 ° C , aprovechando la estabilidad térmica del carburo de silicio. Métodos combinando deposición química de vapor ( CVD ) y la segregación de superficie permiten operar a temperaturas sustancialmente más bajas, del orden de 750 ° C . Por tanto, el tratamiento térmico de una capa de metal de transición sobre un sustrato de SiC puede conducir a la formación de capas continuas de grafeno en la interfaz entre el metal y el sustrato.

Producción de acero

El carburo de silicio disuelto en el horno de producción de acero por el método LD se utiliza como combustible elevando la temperatura de la mezcla y además para reprocesar residuos con la misma carga de metal caliente. Es más barato que una combinación de ferrosilicio y carbono , produce acero más limpio y libera menos contaminantes del aire porque contiene menos impurezas, poco gas y no reduce la temperatura del acero.

Centros coloreados, fuentes de fotones individuales

Al igual que el diamante , que contiene centros NV , el carburo de silicio también contiene defectos puntuales que forman centros de color que probablemente se comporten como fuentes de fotones únicos (pulg ) . Tales estructuras son recursos fundamentales para muchas aplicaciones emergentes en computación cuántica . Bombear un centro coloreado usando una fuente óptica externa o corriente eléctrica lo lleva a un estado excitado desde el cual puede liberar un solo fotón por relajación de regreso a su estado fundamental .

Un defecto puntual bien conocido en el carburo de silicio es el dilacune , que tiene una estructura electrónica similar a la de los centros NV del diamante. En el politipo 4 H -SiC, presenta cuatro configuraciones posibles: dos configuraciones axiales señaladas hh y kk , y dos configuraciones basales señaladas hk y kh , donde h y k se refieren respectivamente a sitios hexagonales y cúbicos, estas cuatro configuraciones dan cuatro líneas de fonón cero ( ZPL ), ya sea en notación V Si –V C : hh (1.095); kk (1,096); kh (1,119); hk (1150), con valores en electronvoltios .

Historia

El carburo de silicio se sintetizó por primera vez por el químico sueco Jöns Jacob Berzelius en la primera mitad del XIX XX siglo , como parte de su trabajo en el silicio . El mineral carburo de silicio natural fue descubierto en 1893 por el químico francés Henri Moissan en el meteorito del Cañón Diablo , cayó hace unos 50 000 años en Arizona , Estados Unidos . Este mineral recibió el nombre de moissanita en honor a Moissan. Este último también sintetizó SiC por varios métodos, por ejemplo, disolviendo carbono en silicio fundido, fundiendo una mezcla de carburo de calcio CaC 2y silicio, y reducción de sílice SiO 2 con carbón en horno eléctrico.

La producción a gran escala de carburo de silicio comenzó en 1890 por iniciativa de Edward Goodrich Acheson , un químico estadounidense que trabajó en la producción de diamantes sintéticos . Para ello, calentó una mezcla de arcilla , fundamentalmente filosilicatos de aluminio de fórmula genérica (Al, Si) 3 O 4.y coque en polvo , es decir , carbón , en un recipiente de hierro. Obtuvo cristales azules que llamó "carborindon" ( carborundum en inglés), creyendo que era una variedad de corindón de carbono ( corindón en inglés). Acheson patentó su proceso para hacer polvo de "carborindon", el proceso de Acheson , el 28 de febrero de 1893 . También desarrolló el horno eléctrico por lotes en el que todavía se produce carburo de silicio en la actualidad y fundó Carborundum Company , destinada a producir SiC a granel, inicialmente para su uso como abrasivo .

Aplicaciones de SiC rápidamente se diversificó, y se utilizó en los detectores de las primeras radios tempranas en el XX ° siglo . El británico Henry Round fabricó los primeros diodos emisores de luz ( LED ) aplicando un voltaje eléctrico a un cristal de SiC, lo que permitió observar emisiones de luz amarilla, verde y naranja en el cátodo . Estos experimentos fueron luego reproducidos por el ruso Oleg Lossev en 1923.

Notas y referencias

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Ver también

enlaces externos

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