Des del seu descobriment, el carbur de silici ha atret una àmplia atenció. El carbur de silici està compost per la meitat d'àtoms de Si i la meitat d'àtoms de C, que estan connectats per enllaços covalents a través de parells d'electrons que comparteixen orbitals híbrids sp3. A la unitat estructural bàsica del seu monocristall, quatre àtoms de Si estan disposats en una estructura tetraèdrica regular, i l'àtom de C es troba al centre del tetraedre regular. Per contra, l'àtom de Si també es pot considerar com el centre del tetraedre, formant així SiC4 o CSi4. Estructura tetraèdrica. L'enllaç covalent en SiC és altament iònic i l'energia d'enllaç silici-carboni és molt alta, d'uns 4,47 eV. A causa de la baixa energia de falla d'apilament, els cristalls de carbur de silici formen fàcilment diversos politipus durant el procés de creixement. Hi ha més de 200 politipus coneguts, que es poden dividir en tres categories principals: cúbic, hexagonal i trigonal.
Actualment, els principals mètodes de creixement de cristalls de SiC inclouen el mètode de transport físic de vapor (mètode PVT), la deposició química de vapor a alta temperatura (mètode HTCVD), el mètode de fase líquida, etc. Entre ells, el mètode PVT és més madur i més adequat per a la producció industrial en massa.
El mètode anomenat PVT consisteix a col·locar cristalls de sembra de SiC a la part superior del gresol i a col·locar pols de SiC com a matèria primera a la part inferior del gresol. En un entorn tancat d'alta temperatura i baixa pressió, la pols de SiC se sublima i es mou cap amunt sota l'acció del gradient de temperatura i la diferència de concentració. És un mètode que consisteix a transportar-la a la rodalia del cristall de sembra i després recristal·litzar-la després d'arribar a un estat sobresaturat. Aquest mètode pot aconseguir un creixement controlable de la mida del cristall de SiC i formes cristal·lines específiques.
Tanmateix, l'ús del mètode PVT per fer créixer cristalls de SiC requereix mantenir sempre unes condicions de creixement adequades durant el procés de creixement a llarg termini, ja que en cas contrari es produirà un desordre de la xarxa, cosa que afectarà la qualitat del cristall. Tanmateix, el creixement dels cristalls de SiC es completa en un espai tancat. Hi ha pocs mètodes de monitorització eficaços i moltes variables, per la qual cosa el control del procés és difícil.
En el procés de creixement de cristalls de SiC mitjançant el mètode PVT, el mode de creixement per passos (Step Flow Growth) es considera el principal mecanisme per al creixement estable d'una forma monocristallina.
Els àtoms de Si i C vaporitzats s'uneixen preferentment amb els àtoms de la superfície del cristall al punt de flexió, on nucleen i creixen, fent que cada pas flueixi cap endavant en paral·lel. Quan l'amplada del pas a la superfície del cristall supera amb escreix el camí lliure de difusió dels àtoms d'ada, un gran nombre d'àtoms d'ada es poden aglomerar, i el mode de creixement bidimensional en forma d'illa format destruirà el mode de creixement del flux per passos, provocant la pèrdua d'informació de l'estructura cristal·lina 4H, donant lloc a múltiples defectes. Per tant, l'ajust dels paràmetres del procés ha d'aconseguir el control de l'estructura del pas superficial, suprimint així la generació de defectes polimòrfics, aconseguint l'objectiu d'obtenir una forma de monocristall i, en última instància, preparant cristalls d'alta qualitat.
Com a mètode de creixement de cristalls de SiC desenvolupat més primerenc, el mètode de transport físic de vapor és actualment el mètode de creixement més comú per al creixement de cristalls de SiC. En comparació amb altres mètodes, aquest mètode té uns requisits més baixos per a l'equip de creixement, un procés de creixement senzill, una forta controlabilitat, una investigació de desenvolupament relativament exhaustiva i ja ha aconseguit una aplicació industrial. L'avantatge del mètode HTCVD és que pot fer créixer oblies semiaïllants conductores (n, p) i d'alta puresa, i pot controlar la concentració de dopatge de manera que la concentració del portador a l'oblia sigui ajustable entre 3 × 1013 ~ 5 × 1019/cm3. Els desavantatges són un llindar tècnic elevat i una baixa quota de mercat. A mesura que la tecnologia de creixement de cristalls de SiC en fase líquida continuï madurant, mostrarà un gran potencial per fer avançar tota la indústria del SiC en el futur i és probable que sigui un nou punt d'inflexió en el creixement de cristalls de SiC.
Data de publicació: 16 d'abril de 2024