От откриването си, силициевият карбид привлича широко внимание. Силициевият карбид е съставен от половината Si атоми и половината C атоми, които са свързани чрез ковалентни връзки чрез електронни двойки, споделящи sp3 хибридни орбитали. В основната структурна единица на неговия монокристал, четири Si атома са подредени в правилна тетраедрична структура, като C атомът е разположен в центъра на правилния тетраедър. Обратно, Si атомът може да се разглежда и като център на тетраедъра, като по този начин образува SiC4 или CSi4. Тетраедрична структура. Ковалентната връзка в SiC е силно йонна, а енергията на връзката силиций-въглерод е много висока, около 4.47eV. Поради ниската енергия на дефектите на подреждане, кристалите на силициевия карбид лесно образуват различни политипове по време на процеса на растеж. Има повече от 200 известни политипа, които могат да бъдат разделени на три основни категории: кубични, хексагонални и тригонални.
В момента основните методи за растеж на SiC кристали включват метод за физическо транспортиране на пари (PVT метод), високотемпературно химическо отлагане на пари (HTCVD метод), течнофазен метод и др. Сред тях PVT методът е по-зрял и по-подходящ за масово промишлено производство.
Така нареченият PVT метод се отнася до поставяне на зародишни кристали SiC върху горната част на тигела и поставяне на SiC прах като суровина на дъното на тигела. В затворена среда с висока температура и ниско налягане, SiC прахът сублимира и се движи нагоре под действието на температурния градиент и разликата в концентрациите. Това е метод за транспортирането му до близостта на зародишния кристал и последващата му рекристализация след достигане на пренаситено състояние. Този метод може да постигне контролируем растеж на SiC кристали с различен размер и специфични кристални форми.
Използването на PVT метода за отглеждане на SiC кристали обаче изисква винаги да се поддържат подходящи условия за растеж по време на дългосрочния процес на растеж, в противен случай това ще доведе до разстройство на решетката, което ще повлияе на качеството на кристала. Растежът на SiC кристалите обаче се извършва в затворено пространство. Има малко ефективни методи за мониторинг и много променливи, така че контролът на процеса е труден.
В процеса на отглеждане на SiC кристали по PVT метода, режимът на стъпаловиден растеж (Step Flow Growth) се счита за основен механизъм за стабилен растеж на монокристална форма.
Изпарените Si и C атоми ще се свържат преференциално с атомите на кристалната повърхност в точката на пречупване, където ще се образуват ядра и ще растат, карайки всяка стъпка да протича паралелно напред. Когато ширината на стъпката върху кристалната повърхност значително надвишава пътя на свободната дифузия на адатомите, голям брой адатоми могат да се агломерират и образуваният двуизмерен островоподобен режим на растеж ще разруши режима на растеж на стъпаловиден поток, което ще доведе до загуба на информация за кристалната структура 4H и по този начин до множество дефекти. Следователно, регулирането на параметрите на процеса трябва да постигне контрол върху структурата на повърхностната стъпка, като по този начин се потиска генерирането на полиморфни дефекти, постига се целта за получаване на монокристална форма и в крайна сметка се получават висококачествени кристали.
Като най-ранният разработен метод за растеж на SiC кристали, методът на физически парообразен транспорт в момента е най-разпространеният метод за растеж на SiC кристали. В сравнение с други методи, този метод има по-ниски изисквания за оборудване за растеж, прост процес на растеж, силна контролируемост, сравнително задълбочени развойни изследвания и вече е постигнал промишлено приложение. Предимството на метода HTCTVD е, че може да се отглеждат проводими (n, p) и високочисти полуизолационни пластини, както и че концентрацията на легиращи вещества може да се контролира, така че концентрацията на носителите в пластината да е регулируема между 3×1013~5×1019/cm3. Недостатъците са висок технически праг и нисък пазарен дял. С развитието на технологията за растеж на SiC кристали в течна фаза, тя ще покаже голям потенциал за развитието на цялата SiC индустрия в бъдеще и вероятно ще бъде нова пробивна точка в растежа на SiC кристали.
Време на публикуване: 16 април 2024 г.