El mètode PVT, el nom complet del qual és Transport físic de vapor, és un mètode comú per al cultiu de carbur de silici (SiC)cristalls a alta temperatura i alta pressió. El seu principi bàsic és escalfar la pols de carbur de silici fins a la sublimació a una temperatura superior a 2300 ℃ i en un ambient de baixa pressió proper al buit, formant un gas de reacció que conté components gasosos com ara Si, Si2C i SiC2. A causa de les diferents pressions parcials en fase gasosa dels components de Si i C formats per la reacció de sublimació en fase sòlida, la relació estequiomètrica Si/C varia amb la distribució del camp tèrmic. Per tant, cal controlar la distribució i el transport dels components en fase gasosa per garantir que arribin a les posicions de cristal·lització específiques a la cambra de creixement.
Per evitar que la cristal·lització desordenada en fase gasosa formi carbur de silici policristal·lí, els cristalls de sembra de carbur de silici es col·loquen a la part superior de la cambra de creixement. Sota l'impuls de la sobresaturació en fase gasosa, els components en fase gasosa es dipositaran a la superfície del cristall de sembra per formar monocristalls de carbur de silici. Tot el procés de reacció té lloc en una cambra de creixement tancada, on tots els paràmetres del sistema de reacció estan acoblats entre si. Qualsevol fluctuació en les condicions de creixement afectarà l'estabilitat del creixement del monocristall.
A més, les diferents estructures compactes dels monocristalls de carbur de silici pel que fa a la seva orientació cristal·lina donen lloc a diversos mètodes de connexió i unió atòmica, formant així més de 200 formes cristal·lines d'isòmers de carbur de silici. La barrera de conversió d'energia entre les diferents formes cristal·lines és extremadament baixa, per la qual cosa és molt probable que es produeixi una transformació de la forma cristal·lina en el sistema de creixement de monocristalls PVT, donant lloc a formes cristal·lines objectiu desordenades i diversos defectes de cristal·lització. Per tant, cal utilitzar equips d'inspecció dedicats per detectar la forma cristal·lina i diversos defectes del lingot de cristall.
El procés de preparació del carbur de silici té uns requisits extremadament alts, que es manifesten principalment en els aspectes següents:
- Hi ha moltes impureses ambientals en el procés de síntesi de la pols de carbur de silici, cosa que dificulta l'obtenció de pols d'alta puresa. La reacció incompleta entre la pols de silici i la pols de carboni com a font de reacció és propensa a causar un desequilibri en la relació Si/C. La forma cristal·lina i la mida de les partícules de la pols de carbur de silici després de la síntesi són difícils de controlar.
- En condicions d'alta temperatura per sobre de 2300 ℃ i properes al buit, el carbur de silici experimenta un procés de transformació i recristal·lització "sòlid-gas-sòlid" en una cambra de grafit tancada. Aquest procés té un cicle de creixement llarg, és difícil de controlar i és propens a defectes com ara microtúbuls i inclusions.
- El carbur de silici inclou més de 200 formes cristal·lines diferents, però la producció normalment només requereix una forma cristal·lina. Durant el procés de creixement, és probable que es produeixi una transformació de la forma cristal·lina, donant lloc a defectes d'inclusió multitipus. Durant el procés de preparació, és difícil controlar de manera estable una sola forma cristal·lina específica, i la barrera de conversió d'energia entre diferents formes cristal·lines és extremadament baixa, cosa que augmenta la dificultat del control. El control de paràmetres i la recerca relacionada durant aquest període requereixen enormes costos d'R+D, que també és una de les raons de l'alt cost del carbur de silici compatible.
Data de publicació: 03 de juliol de 2025