З моманту свайго адкрыцця карбід крэмнію прыцягнуў шырокую ўвагу. Карбід крэмнію складаецца напалову з атамаў Si і напалову з атамаў C, якія злучаны кавалентнымі сувязямі праз электронныя пары, якія маюць агульныя sp3-гібрыдныя арбіталі. У асноўнай структурнай адзінцы яго монакрышталя чатыры атамы Si размешчаны ў правільнай тэтраэдрычнай структуры, прычым атам C знаходзіцца ў цэнтры правільнага тэтраэдра. І наадварот, атам Si таксама можна разглядаць як цэнтр тэтраэдра, тым самым утвараючы SiC4 або CSi4. Тэтраэдрычная структура. Кавалентная сувязь у SiC мае высокую іоннасць, а энергія сувязі крэмній-вуглярод вельмі высокая, каля 4,47 эВ. З-за нізкай энергіі дэфектаў стэкінгу крышталі карбіду крэмнію лёгка ўтвараюць розныя політыпы ў працэсе росту. Існуе больш за 200 вядомых політыпаў, якія можна падзяліць на тры асноўныя катэгорыі: кубічныя, шасцікутныя і трыганальныя.
У цяперашні час асноўнымі метадамі вырошчвання крышталяў SiC з'яўляюцца метад фізічнага транспарту з паравой фазы (метад PVT), высокатэмпературнае хімічнае асаджэнне з паравой фазы (метад HTCVD), вадкафазны метад і г.д. Сярод іх метад PVT з'яўляецца больш дасканалым і больш прыдатным для прамысловай масавай вытворчасці.
Так званы метад PVT азначае размяшчэнне затраўных крышталяў SiC на верхняй частцы тыгля, а парашка SiC у якасці сыравіны — на дне тыгля. У замкнёным асяроддзі з высокай тэмпературай і нізкім ціскам парашок SiC сублімуецца і рухаецца ўверх пад дзеяннем градыенту тэмператур і розніцы канцэнтрацый. Гэта метад яго транспарціроўкі ў наваколле затраўнога крышталя і наступнай перакрышталізацыі пасля дасягнення перасычанага стану. Гэты метад дазваляе дасягнуць кантраляванага росту памеру крышталяў SiC і пэўных крышталічных формаў.
Аднак выкарыстанне метаду PVT для вырошчвання крышталяў SiC патрабуе пастаяннага падтрымання адпаведных умоў росту на працягу працяглага працэсу, інакш гэта прывядзе да парушэння рашоткі, што паўплывае на якасць крышталя. Аднак рост крышталяў SiC адбываецца ў замкнёнай прасторы. Існуе мала эфектыўных метадаў маніторынгу і шмат зменных, таму кантроль працэсу з'яўляецца складаным.
У працэсе вырошчвання крышталяў SiC метадам PVT рэжым ступеністага росту (Step Flow Growth) лічыцца асноўным механізмам стабільнага росту монакрышталічнай формы.
Выпараныя атамы Si і C будуць пераважна звязвацца з атамамі паверхні крышталя ў кропцы перагіну, дзе яны будуць зараджацца і расці, прымушаючы кожную ступень рухацца паралельна. Калі шырыня ступені на паверхні крышталя значна перавышае шлях свабоднай дыфузіі адатамаў, вялікая колькасць адатамаў можа агламеравацца, і ўтвораны двухмерны рэжым росту, падобны на астравок, разбурыць рэжым росту ступеністага патоку, што прывядзе да страты інфармацыі аб крышталічнай структуры 4H і, у сваю чаргу, да ўзнікнення множных дэфектаў. Такім чынам, карэкціроўка параметраў працэсу павінна забяспечыць кантроль над структурай паверхні ступені, тым самым падаўляючы ўзнікненне паліморфных дэфектаў, дасягаючы мэты атрымання монакрышталічнай формы і, у канчатковым выніку, падрыхтоўкі высакаякасных крышталяў.
Як самы ранні распрацаваны метад вырошчвання крышталяў SiC, метад фізічнага пераносу пары ў цяперашні час з'яўляецца найбольш распаўсюджаным метадам вырошчвання крышталяў Si. У параўнанні з іншымі метадамі, гэты метад мае меншыя патрабаванні да абсталявання для вырошчвання, просты працэс вырошчвання, высокую кіравальнасць, адносна грунтоўныя даследаванні ў галіне распрацоўкі і ўжо дасягнуў прамысловага прымянення. Перавага метаду HTCUVD заключаецца ў тым, што ён дазваляе вырошчваць праводзячыя (n, p) і высокачыстыя паўізаляцыйныя пласціны, а таксама кантраляваць канцэнтрацыю легіруючых прымесяў, каб канцэнтрацыя носьбітаў у пласціне рэгулявалася ў межах 3×1013~5×1019/см3. Недахопамі з'яўляюцца высокі тэхнічны парог і нізкая доля рынку. Па меры таго, як вадкафазная тэхналогія вырошчвання крышталяў SiC працягвае развівацца, яна прадэманструе вялікі патэнцыял для развіцця ўсёй індустрыі SiC у будучыні і, верагодна, стане новым прарывам у вырошчванні крышталяў SiC.
Час публікацыі: 16 красавіка 2024 г.