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| Carbure de silicium | |
 Pastilles de SiC pur (~3 mm de diamètre).  | |
| __Si __C Structure cristalline du carbure de silicium β (polymorphe 3C, ousphalérite). | |
| Identification | |
|---|---|
| No CAS | 409-21-2 |
| NoECHA | 100.006.357 |
| No CE | 206-991-8 |
| No RTECS | VW0450000 |
| PubChem | 9863 |
| ChEBI | 29390 |
| SMILES | |
| InChI | |
| Apparence | solide cristallisé[1] |
| Propriétés chimiques | |
| Formule | CSiSiC |
| Masse molaire[2] | 40,096 2 ± 0,001 1 g/mol C 29,95 %, Si 70,05 %, |
| Moment dipolaire | D |
| Diamètre moléculaire | nm |
| Propriétés physiques | |
| T° fusion | 2 700 °C[1] (décomposition) |
| Solubilité | insoluble dans l'eau[1], à hauteur de10 mg L−1[3] |
| Masse volumique | 3,16 g cm−3[1] à20 °C |
| Conductivité thermique | W m−1 K−1 |
| Vitesse du son | m s−1 |
| Thermochimie | |
| S0gaz, 1 bar | J K−1 mol−1 |
| S0liquide, 1 bar | J K−1 mol−1 |
| S0solide | J K−1 mol−1 |
| ΔfH0gaz | kJ mol−1 |
| ΔfH0liquide | kJ mol−1 |
| ΔfH0solide | kJ mol−1 |
| Cp | J K−1 mol−1 |
| Cristallographie | |
| Système cristallin | Hexagonal |
| Symbole de Pearson | [4] |
| Classe cristalline ougroupe d’espace | P63mc, (no 186) [4] hexagonal Hermann-Mauguin : |
| Structure type | wurtzite[5] |
| Précautions | |
| SGH[1] | |
  Attention H315 : Provoque une irritation cutanée H319 : Provoque une sévère irritation des yeux H335 : Peut irriter les voies respiratoires H351 : Susceptible de provoquer le cancer(indiquer la voie d'exposition s'il est formellement prouvé qu'aucune autre voie d'exposition ne conduit au même danger) P201 : Se procurer les instructions avant utilisation. P261 : Éviter de respirer les poussières/fumées/gaz/brouillards/vapeurs/aérosols. P280 : Porter des gants de protection/des vêtements de protection/un équipement de protection des yeux/du visage. P305+P351+P338 : En cas de contact avec les yeux : rincer avec précaution à l’eau pendant plusieurs minutes. Enlever les lentilles de contact si la victime en porte et si elles peuvent être facilement enlevées. Continuer à rincer. P405 : Garder sous clef. P501 : Éliminer le contenu/récipient dans … | |
| SIMDUT[1] | |
 D2B, | |
| NFPA 704[1] | |
| Unités duSI etCNTP, sauf indication contraire. | |
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Lecarbure de silicium est uncomposé chimique deformule SiC. C'est unecéramique ultraréfractaireultraduresemiconductricesynthétique, qu'on peut trouver dans la nature sous la forme d'unminéral très rare, lamoissanite.
Grâce auprocédé Acheson, depuis la fin duXIXe siècle, on sait produire industriellement de la poudre de carbure de silicium, qui servit d'abord commeabrasif. Les grains de SiC peuvent être traités parfrittage pour obtenir des pièces en céramique trèsdures — de 9,0 à 9,5 sur l'échelle de Mohs — qui sont largement utilisées pour des applications exigeant une résistance élevée comme lesfreins, lesembrayages, ou les plaques de certainsgilets pare-balles.
Le carbure de silicium a également des applicationsélectroniques qui remontent au début duXXe siècle, dans les premières radios, puis desdiodes électroluminescentes (LED) ; aujourd'hui, ce matériau est employé dans lescomposants électroniques devant fonctionner à température ou sous destensions élevées. Il est possible d'obtenir de grandsmonocristaux de carbure de silicium par leprocédé de Lely, cristaux qui peuvent ensuite être taillés engemmes appeléesmoissanite synthétique.
Le carbure de silicium présente plus de 250polymorphes[6], dont les principaux sont l'α-SiC (ou polytype 6H,hexagonal), le β-SiC (ou polytype 3C, de typesphalérite), et le carbure de silicium 4H.
Le carbure de silicium pur est incolore, mais le produit industriel est noir tirant sur le vert en raison d'impuretés d'alumine Al2O3. Le SiC le plus pur tend vers le vert bouteille. Le matériau massif a unemasse volumique de3,217 g cm−3[3] à20 °C, et il est à peu près insoluble dans l'eau. Il résiste à l'oxydation dans l'atmosphère au-dessus de800 °C en formant une couche depassivation endioxyde de silicium SiO2 qui protège le matériau de l'oxygène de l'air. Au-dessus de1 600 °C et souspression partielle d'oxygène inférieure à5 kPa, il se forme plutôt dumonoxyde de silicium SiO, qui estgazeux à cette température et ne protège donc plus le matériau contre l'oxydation, de sorte que le SiC brûle rapidement dans ces conditions.
Le carbure de silicium présente unedureté de 9,0 à 9,5 sur l'échelle de Mohs, comparable à celle ducarbure de bore B4C et de l'alumine Al2O3. Il a uneconductivité thermique d'environ 350 W m−1 K−1 pour le SiC pur, généralement ramenée de 100 à 140 W m−1 K−1 pour le SiC technique, en fonction du procédé de fabrication. Salargeur de bande interdite varie selon lepolytype considéré, par exemple2,39 eV pour le β-SiC (polytype 3C) et3,33 eV pour le polytype 2H[7],[8]. Il ne fond pas, même sous atmosphère inerte, et se décompose à2 700 °C,2 830 °C ou3 070 °C selon différentes mesures menées respectivement en 1986, 1988 et 1998.
| Polytype | 6H (α) | 3C (β) | 4H |
|---|---|---|---|
| Structure cristalline | Hexagonale (wurtzite) | Cubique (sphalérite) | Hexagonale |
| Groupe d'espace | C4 6v–P63mc | T2 d–F43m | C4 6v–P63mc |
| Symbole de Pearson | hP12 | cF8 | hP8 |
| Paramètre cristallin | 3,081 0 Å ; 15,12 Å | 4,359 6 Å | 3,073 0 Å ; 10,053 Å |
| Masse volumique | 3,21 g cm−3 | 3,21 g cm−3 | 3,21 g cm−3 |
| Largeur de bande interdite | 3,05 eV | 2,36 eV | 3,23 eV |
| Module de compression | 220 GPa | 250 GPa | 220 GPa |
| Conductivité thermique à300 K[11] | 490 W m−1 K−1 | 360 W m−1 K−1 | 370 W m−1 K−1 |
Le carbure de silicium est notable pour sonpolymorphisme particulièrement développé, comptant plus de250 formescristallines[6]. Ce polymorphisme est caractérisé par des structures cristallines très proches appeléespolytypes, identiques dans deux dimensions mais différentes selon la troisième dimension, ce qui permet de les décrire comme différentes les unes des autres par l'ordre d'empilement de couches atomiques de structure déterminée[12].
Le carbure de siliciumalpha (α-SiC) est le polytype le plus courant. Il se forme au-dessus de1 700 °C, avec unestructure cristallinehexagonale dite 6H. Le carbure de siliciumbêta (β-SiC) se forme en dessous de1 700 °C[13], avec une structurecubique dite 3C de typesphalérite, semblable à celle dudiamant. Le β-SiC était relativement peu utilisé jusqu'au début du siècle mais a trouvé des applications industrielles comme support decatalyse hétérogène, car il présente une plus grande surface que l'α-SiC.
Le carbure de silicium est unsemiconducteur qui peut êtredopén par l'azote et lephosphore etp par lebéryllium, lebore, l'aluminium et legallium[9]. Lasupraconductivité a été observée dans le 3C-SiC:Al, le 3C-SiC:B et le 6H-SiC:B à la même température de1,5 K[13],[14]. On observe cependant une différence de comportement essentielle entre le dopage au bore et le dopage à l'aluminium : le SiC:Al est unsupraconducteur de typeII, comme le Si:B, tandis que le SiC:B est un supraconducteur de typeI. On a montré que les sites du silicium dans le réseau cristallin du carbure de silicium sont plus importants pour la supraconductivité que les sites du carbone ; ceci pourrait expliquer la différence de comportement magnétique selon les modes de dopage car le bore se substitue au carbone tandis que l'aluminium se substitue au silicium dans le carbure de silicium[15].
Le carbure de silicium existe en très petites quantités dans le milieu naturel sous forme d'un minéral d'α-SiC appelémoissanite. D'infimes quantités de ce minéral peuvent être trouvées dans certaines types demétéorites et dans les dépôts decorindon et dekimberlite. Le premier fragment de moissanite a été observé en 1893 parHenri Moissan[16] — qui a donné son nom au minéral — dans la météorite deCanyon Diablo, issue duMeteor Crater, enArizona (États-Unis). Cette découverte a souvent été discutée car l'échantillon sur lequel Moissan travaillait aurait pu avoir été contaminé par des lames de scie en carbure de silicium qui étaient déjà sur le marché à cette époque[17].
La moissanite a été trouvée comme minéral accessoire dans leskimberlites, essentiellement sous la forme despolytypes 6H et 15R[18]. Des grains de moissanite ont également été trouvés au sein d'unesyénite peralcaline duvolcanÁgua de Pau (île deSão Miguel, auxAçores). Il s'agit surtout dupolytype 6H, mais le polytype 4H est également présent. La formation de moissanite témoigne de conditions extrêmement réductrices, et peut-être d'un flux deméthane et d'hydrogène[19].
Bien qu'il soit extrêmement rare surTerre, le carbure de silicium est particulièrement abondant dans l'espace. C'est un constituant important de lapoussière interstellaire et c'est pourquoi on en retrouve souvent dans les météorites les plus primitives, c'est-à-dire les moins altérées depuis leur formation. Il s'agit presque toujours de β-SiC. On trouve ainsi de la moissanite dans certainesmétéoriteschondritiques, sous la forme degrains présolaires. Lacomposition isotopique de ces grains apporte des informations sur lanucléosynthèse stellaireexplosive et sur certainesréactions nucléaires au sein dessupernovae detypeII[20]. L'analyse des grains de carbure de silicium de la météorite deMurchison, unechondrite carbonée tombée enVictoria (Australie), a également révélé des rapports isotopiques de carbone et de silicium inhabituels indiquant une origine extérieure auSystème solaire[21].
La moissanite étant un minéral extrêmement rare, le carbure de silicium est un matériau essentiellement synthétique. Il est utilisé commeabrasif, commesemiconducteur ainsi que commegemme semblable audiamant. La méthode la plus simple consiste à combiner dusable desilice avec ducarbone dans un four électrique selon leprocédé Acheson, entre1 600 et2 500 °C. Il est également possible de produire du carbure de silicium à partir des grains de silice présents dans leson (par exemple celui deriz) en chauffant le tout pour faire réagir ledioxyde de silicium SiO2 avec le carbone de lamatière organique[22]. Lafumée de silice, qui est unsous-produit de la production desilicium et d'alliages deferrosilicium, peut également donner du carbure de silicium par chauffage avec dugraphite à1 500 °C[23].
La pureté du matériau formé dans un four d'Acheson dépend de la distance par rapport aux résistances de graphite. Lescristaux les plus purs sont incolore, jaune clair ou verts et se trouvent au plus près des résistances. La couleur vire au bleu marine et au noir à mesure qu'on s'éloigne des résistances et que les cristaux deviennent moins purs. Les impuretés les plus courantes sont l'azote et l'aluminium, qui affectent laconductivité électrique du matériau[24].
On peut obtenir du carbure de silicium pur par leprocédé de Lely[25], au cours duquel le carbure de silicium estsublimé pour libérer du silicium, du carbone, du dicarbure de silicium SiC2 et du carbure de disilicium Si2C dans une atmosphère d'argon à2 500 °C, espèces qui sont ensuite condensées sous forme demonocristaux d'environ 2 cm de diamètre sur unsubstrat plus froid. Ce procédé donne des monocristaux de bonne qualité, essentiellement sous forme d'α-SiC (polytype 6H) en raison de la température de croissance élevée. Un procédé Lely modifié utilisant lechauffage par induction dans descreusets en graphite donne des cristaux encore plus grands, pouvant atteindre 10 cm[26].
Le carbure de silicium cubique (β-SiC) est généralement obtenu par des procédés plus chers dedépôt chimique en phase vapeur (CVD). Il est possible de réaliser des homoépitaxies et des hétéroépitaxies de couches en carbure de silicium à partir de précurseurs liquides ou gazeux[27]. Du carbure de silicium pur peut également être préparé pardécomposition thermique d'unpolymère, lepoly(méthylsilyne), sous atmosphère inerte à température plus basse. Par rapport aux méthodes par CVD, lapyrolyse d'un polymère présente l'avantage de pouvoir donner une forme précise au polymère avant de le convertir en céramique[10],[28],[29],[30].
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Le carbure de silicium est unabrasif couramment utilisé dans lesarts plastiques en raison de sa durabilité et de son faible coût. Dans l'industrie, il est utilisé dans les procédés d'usinage par abrasion comme lemeulage, lepolissage, ledécoupage jet d'eau et lesablage. Des particules de carbure de silicium sont laminées sur du papier pour produire dupapier de verre ainsi que des bandes antidérapantes pourskateboards.
Un composite d'alumine Al2O3 et debarbes de carbure de silicium SiC particulièrement résistant a été observé en 1982 et commercialisé dans des outils de coupe dès 1985[31].
Comme d'autres céramiques ultradures (l'alumine Al2O3 et lecarbure de bore B4C), le carbure de silicium est utilisé dans lesblindages composites (par exemple leblindage Chobham) et dans les plaques en céramique de certainsgilets pare-balles.
Le carbure de silicium est utilisé comme support et matériau de rayonnage dans les fours à haute température, notamment pour la cuisson de la céramique, la fusion du verre ou la coulée du verre. Les étagères de four en carbure de silicium sont sensiblement plus légères et plus durables que les étagères traditionnelles en alumine.
En, l'injection denanoparticules de carbure de silicium dans dumagnésium fondu a été proposée à l'université de Californie à Los Angeles comme moyen de produire un nouvelalliage plastique résistant pouvant être utilisé dans lesecteur aéronautique et spatial, laconstruction automobile et lamicroélectronique[32].
Lecomposite carbone-carbone infiltré de silicium est utilisé pour lesdisques de freins « céramiques » à hautes performances, car il est capable de résister à des températures extrêmes. Lesilicium réagit avec legraphite dans le composite carbone-carbone pour donner du carbure de silicium renforcé par desfibres de carbone (C/SiC). Ces disques sont utilisés sur certainesvoitures de sport et véhicules haut de gamme.
Le carbure de silicium est également utilisé sous formefrittée pour lesfiltres à particulesDiesel[33]. Il est également utilisé comme additif dans l'huile pour réduire lesfrottements, lesémissions et lesharmoniques[34].
La première application du carbure de silicium dans lesinstallations électriques a été pour réaliser desparafoudres. Ces équipements présentent unerésistance élevée lorsque latension électrique qui leur est appliquée est inférieure à une tension de seuil, et une résistance faible lorsque la tension électrique qui leur est appliquée est supérieure à cette tension de seuil[35].
Il a rapidement été remarqué que la résistance électrique du carbure de silicium dépend de la tension auquel il est soumis, de sorte qu'on a branché des colonnes de pastilles en SiC entre deslignes à haute tension et laterre. Si lafoudre qui tombe sur la ligne élève la tension par rapport à la terre au-dessus d'une valeur limite, les piles de SiC deviennentconductrices et évacuent l'excès de tension vers la terre en préservant le reste de l'installation électrique. En pratique, les colonnes de SiC se sont révélées être très conductrices aux tensions de service normales et doivent par conséquent êtremontées en série avec deséclateurs. Ces éclateurs sontionisés et rendus conducteurs lorsque la foudre élève la tension de la ligne électrique, ce qui établit uncontact avec la terre à travers la colonnes de SiC, qui n'est plusisolée.
Les colonnes de SiC étaient initialement destinées à remplacer les éclateurs des parafoudres, qui ne sont généralement pas fiables car ils ne forment pas toujours l'arc électrique attendu et demeurent conducteurs trop longtemps, par exemple à la suite d'une défaillance du matériel ou d'une contamination par de la poussière ou du sel. De tels parafoudres à éclateurs et colonnes de carbure de silicium ont été commercialisés notamment parGeneral Electric etWestinghouse Electric Corporation. Ces équipements ont depuis été largement remplacés par desvaristances à colonnes de pastilles d'oxyde de zinc ZnO[36].
Des fibres en carbure de silicium peuvent être utilisées dans despyromètres à filaments, qui mesurent la température d'un courant de gaz chaud à l'aide de filaments fins dont on capte lespectre d'émission pour déterminer latempérature. On utilise pour cela des fibres en SiC de 15 µm de diamètre, suffisamment fines pour ne pas perturber le flux de gaz et pour assurer que la température de la fibre soit aussi proche que possible de la température du courant de gaz. Cela permet de mesurer des températures d'environ500 à 2 200 °C[37].
Le carbure de silicium a été le premier matériau semiconducteur important du point de vue commercial. Unediode de détection designalradio àcristal en « carborindon » (carbure de silicium synthétique,carborundum en anglais) a été brevetée en 1906 parHenry Harrison Chase Dunwoody (en). Elle a rapidement été largement utilisée dans les récepteurs radio des navires.
L'électroluminescence a été découverte en 1907 à partir de composants en carbure de silicium et les premièresdiodes électroluminescentes (LED) étaient à base de SiC. Des LED jaunes en 3C-SiC ont été produites enURSS dans lesannées 1970 et des LED bleues dans le monde entier dans lesannées 1980[38]. Ces diodes ont néanmoins rapidement laissé la place aux diodes ennitrure de gallium GaN, qui présentent une émission bleue dix à cent fois plus puissante car le GaN est unsemiconducteur àgap direct, contrairement au SiC qui est un matériau à gap indirect. Le SiC demeure cependant largement utilisé dans les LED commesubstrat sur lequel on fait croître les couches actives en nitrure de gallium, ainsi que commedissipateur thermique dans les LED haute puissance[38].
Le carbure de silicium est un semiconducteur utilisé enélectronique de puissance dans les composants électroniques destinés à un fonctionnement hyperfréquence, à haute température ou à haute tension. Les premiers composants disponibles étaient desdiodes Schottky puis desJFET et desMOSFET pour la commutation haute puissance. Destransistors bipolaires et desthyristors font l'objet de développements[39].
La commercialisation du SiC s'est heurtée au problème de l'élimination desdéfauts cristallins, comme lesdislocations coin et vis[40]. C'est la raison pour laquelle les composants en carbure de silicium ont initialement affiché de piètres performances bien qu'ils aient fait l'objet de recherches pour les améliorer[41]. Outre la qualité des cristaux de SiC, des problèmes d'interface entre le SiC et ledioxyde de silicium SiO2 ont entravé le développement d'IGBT et de MOSFET de puissance à base de carbure de silicium. Bien que le mécanisme n'en soit pas clairement compris, lanitruration a sensiblement réduit le nombre de défauts à l'origine des problèmes d'interface dans ces composants[42].
Les premiers JFET commerciaux fonctionnant sous en tension de 1 200 V ont été mis sur le marché en 2008[43], suivis en 2011 par les premiers MOSFET fonctionnant à 1 200 V. Les diodes Schottky en carbure de silicium sont largement répandus sur le marché dans les modules de puissance àfacteur de puissance etIGBT.
Le carbure de silicium utilisé enjoaillerie est appeléemoissanite synthétique, ou simplementmoissanite, en référence au minéral du même nom. La moissanite synthétique est semblable audiamant par plusieurs aspects importants : c'est une pierre transparente et dure (9,0 à 9,5 sur l'échelle de Mohs, contre 10 pour le diamant), avec unindice de réfraction de 2,65 à 2,69 (contre 2,42 pour le diamant). Elle est un peu plus dure que lazircone ordinaire. Contrairement au diamant, elle peut être fortementbiréfringente. Pour cette raison, les bijoux en moissanite sont taillés le long de l'axe optique du cristal afin de limiter les effets de biréfringence. Elle est plus légère (masse volumique de3,21 g cm−3 contre3,53 g cm−3) et bien plus résistante à la chaleur que le diamant. Elle présente de ce fait un éclat plus brillant, des facettes plus nettes et une meilleure résilience. Les pierres de moissanite peuvent être placés directement dans un moule pour la coulée à lacire perdue, comme les diamants, car la moissanite résiste à des températures atteignant1 800 °C.
La moissanite est une imitation de diamant appréciée et qui peut être confondue avec le diamant véritable en raison de saconductivité thermique particulièrement proche de celle du diamant. Elle se distingue en revanche du diamant par sa biréfringence et sa très légère fluorescence verte ou jaune sous lumièreultraviolette. Certaines moissanites présentent également des inclusions courbes en forme de fils qui sont absentes des diamants[44].
Le faiblecoefficient de dilatation thermique couplé à la grandedureté du carbure de silicium, sa forte rigidité et saconductivité thermique élevée en font un matériau intéressant pour lestélescopes utilisés enastronomie. Le procédé de croissance pardépôt chimique en phase vapeur (CVD) a été adapté à la production de disques en SiCpolycristallin pouvant atteindre 3,5 m de diamètre. Plusieurs télescopes, comme letélescope spatialHerschel, sont équipés d'optique en SiC polycristallin[45], tandis que les instruments du télescope spatialGaia sont montés sur unbanc optique rigide en carbure de silicium qui fournit une structure stable peu sujette à la dilatation thermique.
Deséléments chauffants en carbure de silicium sont mentionnés dans la littérature depuis le début duXXe siècle. Ils permettaient d'atteindre des températures de fonctionnement plus élevées que les élémentsmétalliques. De tels éléments chauffants en SiC sont utilisés de nos jours dans la fusion duverre et de métaux non ferreux, letraitement thermique d'un métal, la production deverre flotté, la production decéramiques et decomposants électroniques, l'allumage des veilleuses pour chauffage au gaz, etc.[46]
Le fait que le carbure de silicium résiste naturellement à l'oxydation et le développement de nouvelles méthodes permettant de produire du β-SiC, avec unestructure cristalline de typesphalérite, font du carbure de silicium un matériau intéressant comme support decatalyseur encatalyse hétérogène en raison de sa surface étendue. Ces propriétés sont mises à profit dans l'oxydation deshydrocarbures, comme la conversion dun-butane enanhydride maléique[47],[48].
Le carbure de silicium est un constituant important des particules decombustible nucléaire de type TRISO (« tristructural isotropic »), utilisées par lesréacteurs nucléaires à très haute température, comme lesréacteurs à lits de boulets. Chaque particule TRISO est formée d'un cœur endioxyde d'uranium ou encarbure d'uranium entouré de quatre couches de trois matériauxisotropes : une couche tampon poreuse en carbone, puis une couche interne encarbone pyrolytique (PyC) dense, puis une couche en SiC destinée à retenir lesproduits de fission à des températures élevées et à renforcer l'intégrité structurelle de la particule TRISO[49], et enfin une couche externe en PyC dense.
Le carbure de silicium a été étudié pour remplacer leZircaloy des revêtements dans lesréacteurs à eau légère. L'une des raisons motivant ces recherches est que le Zircaloy est fragilisé par l'hydrogène produit parcorrosion au contact de l'eau, ce qui réduit sensiblement laténacité du matériau. Ce phénomène est largement amplifié à température élevée[50]. Les revêtements en carbure de silicium ne subissent pas ce type de dégradation mécaniques et gardent au contraire leur résistance aux températures élevées. Lematériau composite consiste en des fibres de SiC enroulées autour d'une couche interne en SiC et entourées d'une couche externe en SiC[51].
Le carbure de silicium peut être utilisé dans la production de graphène en raison de ses propriétés chimiques qui favorisent la formationépitaxiale degraphène à la surface denanostructures en SiC. Il existe plusieurs méthodes pour faire croître du graphène sur du SiC. Ainsi, la méthode de croissance par sublimation à confinement contrôlé (CCS) met en œuvre une puce en SiC chauffée sous vide en présence degraphite. Le vide est ensuite retiré très progressivement pour contrôler la croissance du graphène. Cette méthode donne des couches de graphène de la meilleure qualité, tandis que d'autres méthodes ont été publiées qui permettent d'obtenir une qualité équivalente.
Il est également possible en théorie de produire du graphène en décomposant thermiquement du SiC à haute température dans le vide[52], cependant cette méthode conduit à des couches de graphène parsemé de grains de petite taille[53]. On a donc cherché à améliorer la qualité et le rendement de ce procédé, par graphitisationex situ de SiC à terminaison silicium sous atmosphère d'argon. Cette méthode a permis produire des couches de graphène avec des domaines de plus grandes tailles qu'avec d'autres méthodes.
La plupart des procédés de production du graphène font intervenir des températures élevées, typiquement de1 300 °C, en tirant profit de la stabilité thermique du carbure de silicium[54]. Des méthodes combinantdépôt chimique en phase vapeur (CVD) etségrégation superficielle permettent d'opérer à des températures sensiblement plus basses, de l'ordre de750 °C. Ainsi, le traitement thermique d'une couche demétal de transition sur un substrat en SiC peut conduire à la formation de couches de graphène continues à l'interface entre le métal et le substrat[55].
Le carbure de silicium dissous dans les fourneaux de production d'acier parprocédé LD est utilisé commecombustible élevant la température du mélange et permettant de retraiter davantage de résidus avec la même charge de métal chaud. Il est meilleur marché qu'une combinaison deferrosilicium et decarbone, produit un acier plus propre et libère moins depolluants atmosphériques car il contient moins d'impuretés, peu de gaz et n'abaisse pas la température de l'acier.
À l'instar dudiamant, qui contient descentres NV, le carbure de silicium contient également desdéfauts ponctuels formant descentres colorés susceptibles de se comporter comme dessources de photons uniques (en). De telles structures sont des ressources fondamentales pour de nombreuses applications émergentes eninformatique quantique. Le fait de pomper un centre coloré à l'aide d'une source optique externe ou d'uncourant électrique le porte à unétat excité à partir duquel il peut émettre unphoton unique par relaxation vers sonétat fondamental[56],[57].
Un défaut ponctuel bien connu du carbure de silicium est ladilacune, dont la structure électronique est semblable à celle des centres NV du diamant. Dans lepolytype 4H-SiC, elle présente quatre configurations possibles : deux configurations axiales notéeshh etkk, et deux configurations basales notéeshk etkh, oùh etk font référence respectivement à des sites hexagonaux et cubiques, ces quatre configurations donnant quatreraies zéro phonon (ZPL), soit en notation VSi–VC :hh(1,095) ;kk(1,096) ;kh(1,119) ;hk(1,150), avec des valeurs enélectronvolts[58].
Le carbure de silicium aurait été synthétisé pour la première fois par lechimiste suédoisJöns Jacob Berzelius dans la première moitié duXIXe siècle, dans le cadre de ses travaux sur lesilicium[59]. Leminéral de carbure de silicium naturel fut découvert en 1893 par chimiste françaisHenri Moissan dans lamétéorite deCanyon Diablo, tombée il y a environ 50 000 ans dans l'Arizona, auxÉtats-Unis. Ce minéral fut nommémoissanite en l'honneur de Moissan. Ce dernier synthétisa également du SiC par diverses méthodes, par exemple par dissolution de carbone dans du silicium fondu, fusion d'un mélange decarbure de calcium CaC2 et de silicium, et réduction desilice SiO2 avec du carbone dans un four électrique.
La production du carbure de silicium à grande échelle a commencé dès 1890 à l'initiative d'Edward Goodrich Acheson, un chimiste américain qui travaillait sur la production dediamants synthétiques. Pour cela, il faisant chauffer un mélange d'argile, essentiellement desphyllosilicates d'aluminium de formule générique (Al,Si)3O4, et de poudre decoke, c'est-à-dire ducarbone, dans un bol en fer. Il obtint des cristaux bleus qu'il appela « carborindon » (carborundum en anglais), croyant qu'il s'agissait d'une variété carbonée decorindon (corundum en anglais). Acheson breveta son procédé de fabrication de poudre de « carborindon » — leprocédé Acheson — le28 février 1893. Il développa également lefour électrique discontinu dans lequel le carbure de silicium est encore produit de nos jours et fonda laCarborundum Company, destinée à produire du SiC en vrac, au départ pour être utilisé commeabrasif[60].
Les applications du SiC se diversifièrent rapidement, et il fut employé dans les détecteurs des premières radios dès le début duXXe siècle. Le BritanniqueHenry Round réalisa les premièresdiodes électroluminescentes (LED) en appliquant unetension électrique à uncristal de SiC, ce qui permettait d'observer des émissions de lumière jaune, verte et orange à lacathode. Ces expériences furent ensuite reproduites par le RusseOleg Lossev en 1923[61].
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