Od svog otkrića, silicijum karbid je privukao široku pažnju. Silicijum karbid se sastoji od pola atoma Si i pola atoma C, koji su povezani kovalentnim vezama putem elektronskih parova koji dijele sp3 hibridne orbitale. U osnovnoj strukturnoj jedinici njegovog monokristala, četiri atoma Si su raspoređena u pravilnu tetraedarsku strukturu, a atom C se nalazi u centru pravilnog tetraedra. Obrnuto, atom Si se također može smatrati centrom tetraedra, formirajući tako SiC4 ili CSi4. Tetraedarska struktura. Kovalentna veza u SiC je visoko jonska, a energija veze silicijum-ugljik je vrlo visoka, oko 4,47 eV. Zbog niske energije greške slaganja, kristali silicijum karbida lako formiraju različite politipove tokom procesa rasta. Postoji više od 200 poznatih politipova, koji se mogu podijeliti u tri glavne kategorije: kubne, heksagonalne i trigonalne.
Trenutno, glavne metode rasta SiC kristala uključuju metodu fizičkog transporta pare (PVT metoda), hemijsko taloženje pare na visokim temperaturama (HTCVD metoda), metodu tečne faze itd. Među njima, PVT metoda je zrelija i pogodnija za masovnu industrijsku proizvodnju.
Takozvana PVT metoda odnosi se na postavljanje SiC kristala sjemena na vrh lončića, a SiC prah kao sirovine na dno lončića. U zatvorenom okruženju visoke temperature i niskog pritiska, SiC prah sublimira i kreće se prema gore pod djelovanjem temperaturnog gradijenta i razlike u koncentraciji. To je metoda njegovog transporta u blizinu kristala sjemena, a zatim rekristalizacije nakon dostizanja prezasićenog stanja. Ova metoda može postići kontrolirani rast veličine SiC kristala i specifičnih kristalnih oblika.
Međutim, korištenje PVT metode za rast SiC kristala zahtijeva stalno održavanje odgovarajućih uslova rasta tokom dugotrajnog procesa rasta, u suprotnom će doći do poremećaja rešetke, što će uticati na kvalitet kristala. Međutim, rast SiC kristala se odvija u zatvorenom prostoru. Postoji malo efikasnih metoda praćenja i mnogo varijabli, tako da je kontrola procesa teška.
U procesu uzgoja SiC kristala PVT metodom, režim rasta sa stepenastim tokom (Step Flow Growth) se smatra glavnim mehanizmom za stabilan rast monokristalnog oblika.
Ispareni atomi Si i C će se preferencijalno vezati za atome na površini kristala u tački preloma, gdje će nukleirati i rasti, uzrokujući da svaki korak teče naprijed paralelno. Kada širina koraka na površini kristala daleko premaši put slobodne difuzije adatoma, veliki broj adatoma se može aglomerirati, a formirani dvodimenzionalni način rasta nalik ostrvu će uništiti način rasta stepenastog toka, što će rezultirati gubitkom informacija o kristalnoj strukturi 4H, što rezultira višestrukim defektima. Stoga, podešavanje parametara procesa mora postići kontrolu nad strukturom površinskog stepena, čime se suzbija stvaranje polimorfnih defekata, postiže cilj dobijanja monokristalnog oblika i konačno priprema visokokvalitetnih kristala.
Kao najranije razvijena metoda rasta SiC kristala, metoda fizičkog transporta pare trenutno je najrasprostranjenija metoda rasta SiC kristala. U poređenju s drugim metodama, ova metoda ima niže zahtjeve za opremu za rast, jednostavan proces rasta, snažnu upravljivost, relativno temeljita istraživanja razvoja i već je postigla industrijsku primjenu. Prednost HTTVD metode je u tome što može uzgajati provodljive (n, p) i visokočiste poluizolacijske pločice, te kontrolirati koncentraciju dopiranja tako da se koncentracija nosioca u pločici može podešavati između 3×1013~5×1019/cm3. Nedostaci su visok tehnički prag i nizak tržišni udio. Kako tehnologija rasta SiC kristala u tečnoj fazi nastavlja sazrijevati, pokazat će veliki potencijal u unapređenju cijele SiC industrije u budućnosti i vjerovatno će biti nova prekretnica u rastu SiC kristala.
Vrijeme objave: 16. april 2024.