PVT metoda, čiji je puni naziv Fizički transport pare, uobičajena je metoda za uzgoj silicijum karbida (SiC)kristala pod visokom temperaturom i visokim pritiskom. Njegov osnovni princip je zagrijavanje praha silicijum karbida do sublimacije na temperaturi iznad 2300℃ i u okruženju niskog pritiska blizu vakuuma, formirajući reakcijski gas koji sadrži gasovite komponente kao što su Si, Si2C i SiC2. Zbog različitih parcijalnih pritisaka gasovite faze komponenti Si i C nastalih reakcijom sublimacije čvrste faze, stehiometrijski odnos Si/C varira sa raspodjelom termičkog polja. Stoga je potrebno kontrolisati distribuciju i transport komponenti gasovite faze kako bi se osiguralo da dostignu specifične pozicije kristalizacije u komori za rast.
Da bi se spriječilo da neuređena kristalizacija u gasnoj fazi formira polikristalni silicijum karbid, klice silicijum karbida se postavljaju na vrh komore za rast. Pod utjecajem prezasićenosti gasnom fazom, komponente gasne faze će se taložiti na površini klice kristala i formirati monokristale silicijum karbida. Cijeli reakcijski proces se odvija u zatvorenoj komori za rast, gdje su svi parametri reakcijskog sistema međusobno povezani. Bilo kakva fluktuacija uslova rasta uticaće na stabilnost rasta monokristala.
Osim toga, različite gusto zbijene strukture monokristala silicijum karbida u smislu njihove kristalne orijentacije dovode do različitih metoda atomskog povezivanja i vezivanja, formirajući tako više od 200 kristalnih oblika izomera silicijum karbida. Barijera konverzije energije između različitih kristalnih oblika je izuzetno niska, tako da je vrlo vjerovatno da će doći do transformacije kristalnog oblika u PVT sistemu rasta monokristala, što rezultira neuređenim ciljnim kristalnim oblicima i raznim defektima kristalizacije. Stoga je potrebno koristiti namjensku opremu za inspekciju kako bi se otkrio kristalni oblik i razni defekti kristalnog ingota.
Proces pripreme silicijum karbida ima izuzetno visoke zahtjeve, koji se uglavnom manifestuju u sljedećim aspektima:
- U procesu sinteze praha silicijum karbida postoji mnogo nečistoća iz okoline, što otežava dobijanje praha visoke čistoće. Nepotpuna reakcija između praha silicijuma i praha ugljika kao izvora reakcije sklona je izazivanju neravnoteže u odnosu Si/C. Kristalni oblik i veličina čestica praha silicijum karbida nakon sinteze teško se kontrolišu.
- U uslovima visoke temperature iznad 2300℃ i bliske vakuumu, silicijum karbid prolazi kroz proces transformacije "čvrsto-gasno-čvrsto" stanje i rekristalizacije u zatvorenoj grafitnoj komori. Ovaj proces ima dug ciklus rasta, teško ga je kontrolisati i sklon je defektima kao što su mikrotubule i inkluzije.
- Silicijum karbid uključuje preko 200 različitih kristalnih oblika, ali proizvodnja obično zahtijeva samo jedan kristalni oblik. Tokom procesa rasta, sklona je transformaciji kristalnog oblika, što rezultira defektima višetipskih inkluzija. Tokom procesa pripreme, teško je stabilno kontrolisati jedan specifični kristalni oblik, a barijera konverzije energije između različitih kristalnih oblika je izuzetno niska, što povećava poteškoću kontrole. Kontrola parametara i srodna istraživanja tokom ovog perioda zahtijevaju ogromne troškove istraživanja i razvoja, što je također jedan od razloga za visoku cijenu kompatibilnog silicijum karbida.
Vrijeme objave: 03.07.2025.