Od svého objevu přitahuje karbid křemíku širokou pozornost. Karbid křemíku se skládá z poloviny z atomů Si a poloviny z atomů C, které jsou spojeny kovalentními vazbami prostřednictvím elektronových párů sdílejících sp3 hybridní orbitaly. V základní strukturní jednotce jeho monokrystalu jsou čtyři atomy Si uspořádány v pravidelné tetraedrické struktuře a atom C se nachází ve středu pravidelného tetraedru. Naopak atom Si lze také považovat za střed tetraedru, čímž vzniká SiC4 nebo CSi4. Tetraedrická struktura. Kovalentní vazba v SiC je vysoce iontová a energie vazby křemík-uhlík je velmi vysoká, přibližně 4,47 eV. Vzhledem k nízké energii vrstvení krystaly karbidu křemíku snadno tvoří různé polytypy během procesu růstu. Existuje více než 200 známých polytypů, které lze rozdělit do tří hlavních kategorií: kubické, hexagonální a trigonální.
V současné době mezi hlavní metody růstu krystalů SiC patří metoda fyzikálního transportu plynné fáze (metoda PVT), chemická depozice plynné fáze za vysokých teplot (metoda HTCVD), metoda kapalné fáze atd. Mezi nimi je metoda PVT vyspělejší a vhodnější pro průmyslovou hromadnou výrobu.
Takzvaná metoda PVT spočívá v umístění zárodečných krystalů SiC na horní část kelímku a umístění prášku SiC jako suroviny na dno kelímku. V uzavřeném prostředí s vysokou teplotou a nízkým tlakem prášek SiC sublimuje a pohybuje se vzhůru působením teplotního gradientu a koncentračního rozdílu. Jedná se o metodu jeho transportu do blízkosti zárodečného krystalu a následné rekrystalizace po dosažení přesyceného stavu. Tato metoda umožňuje dosáhnout kontrolovatelného růstu velikosti krystalů SiC a specifických krystalových forem.
Použití metody PVT k pěstování krystalů SiC však vyžaduje neustále dodržování vhodných růstových podmínek během dlouhodobého růstového procesu, jinak dojde k poruchám mřížky, což ovlivní kvalitu krystalu. Růst krystalů SiC však probíhá v uzavřeném prostoru. Existuje jen málo účinných monitorovacích metod a mnoho proměnných, takže řízení procesu je obtížné.
V procesu pěstování krystalů SiC metodou PVT je režim stupňovitého růstu (Step Flow Growth) považován za hlavní mechanismus pro stabilní růst monokrystalické formy.
Odpařené atomy Si a C se přednostně vážou na atomy na povrchu krystalu v bodě zlomu, kde nukleují a rostou, což způsobuje, že každý stupeň postupuje paralelně vpřed. Pokud šířka stupně na povrchu krystalu daleko překročí difuzní dráhu adatomů, může se velké množství aglomerovat a vzniklý dvourozměrný ostrovní růstový režim zničí režim stupňovitého toku, což povede ke ztrátě informace o krystalové struktuře 4H a následně k násobným defektům. Proto musí úprava procesních parametrů dosáhnout kontroly nad strukturou povrchového stupně, čímž se potlačí vznik polymorfních defektů, dosáhne se cíle získání monokrystalické formy a v konečném důsledku se připraví vysoce kvalitní krystaly.
Jakožto nejstarší vyvinutá metoda růstu krystalů SiC je metoda fyzikálního transportu páry v současnosti nejrozšířenější metodou růstu krystalů SiC. Ve srovnání s jinými metodami má tato metoda nižší požadavky na růstové zařízení, jednoduchý růstový proces, silnou ovladatelnost, relativně důkladný vývojový výzkum a již dosáhla průmyslového uplatnění. Výhodou metody HTTVD je, že umožňuje růst vodivých (n, p) a vysoce čistých poloizolačních destiček a umožňuje řídit koncentraci dopování tak, aby koncentrace nosičů v destičce byla nastavitelná mezi 3×1013~5×1019/cm3. Nevýhodou je vysoký technický práh a nízký podíl na trhu. S dalším vývojem technologie růstu krystalů SiC v kapalné fázi bude mít v budoucnu velký potenciál pro rozvoj celého odvětví SiC a pravděpodobně se stane novým průlomovým bodem v růstu krystalů SiC.
Čas zveřejnění: 16. dubna 2024