Metoda PVT, jejíž celý název je fyzikální transport páry, je běžnou metodou pro pěstování karbidu křemíku (SiC)krystaly za vysoké teploty a vysokého tlaku. Jeho základním principem je zahřátí prášku karbidu křemíku k sublimaci při teplotě nad 2300 ℃ a v prostředí s nízkým tlakem blízkým vakuu, čímž se vytvoří reakční plyn obsahující plynné složky, jako je Si, Si2C a SiC2. Vzhledem k rozdílným parciálním tlakům složek Si a C v plynné fázi, které vznikají sublimační reakcí v pevné fázi, se stechiometrický poměr Si/C mění s rozložením tepelného pole. Proto je nutné řídit distribuci a transport složek v plynné fázi, aby se zajistilo, že dosáhnou specifických krystalizačních pozic v růstové komoře.
Aby se zabránilo neuspořádané krystalizaci v plynné fázi a tvorbě polykrystalického karbidu křemíku, jsou zárodečné krystaly karbidu křemíku umístěny v horní části růstové komory. V důsledku přesycení v plynné fázi se složky v plynné fázi ukládají na povrchu zárodečného krystalu a vytvářejí monokrystaly karbidu křemíku. Celý reakční proces probíhá v uzavřené růstové komoře, kde jsou všechny parametry reakčního systému vzájemně propojeny. Jakékoli kolísání růstových podmínek ovlivní stabilitu růstu monokrystalů.
Kromě toho různé hustě uspořádané struktury monokrystalů karbidu křemíku z hlediska jejich krystalové orientace vedou k různým metodám atomového spojení a vázání, čímž vzniká více než 200 krystalových forem izomerů karbidu křemíku. Bariéra přeměny energie mezi různými krystalovými formami je extrémně nízká, takže v systému růstu monokrystalů PVT je velmi pravděpodobné, že dojde k transformaci krystalové formy, což má za následek neuspořádané cílové krystalové formy a různé krystalické defekty. Proto je nutné použít specializované kontrolní zařízení k detekci krystalové formy a různých defektů krystalového ingotu.
Proces přípravy karbidu křemíku má extrémně vysoké požadavky, které se projevují zejména v následujících aspektech:
- V procesu syntézy práškového karbidu křemíku se vyskytuje mnoho nečistot z prostředí, což ztěžuje získání vysoce čistého prášku. Neúplná reakce mezi křemíkovým práškem a uhlíkovým práškem jako zdrojem reakce má tendenci způsobovat nerovnováhu v poměru Si/C. Krystalovou formu a velikost částic práškového karbidu křemíku po syntéze je obtížné kontrolovat.
- Za podmínek vysokých teplot nad 2300 °C a blízkých vakuu prochází karbid křemíku v uzavřené grafitové komoře transformací „pevná látka-plyn-pevná látka“ a rekrystalizací. Tento proces má dlouhý růstový cyklus, je obtížné jej kontrolovat a je náchylný k defektům, jako jsou mikrotubuly a inkluze.
- Karbid křemíku zahrnuje více než 200 různých krystalových forem, ale výroba obvykle vyžaduje pouze jednu krystalovou formu. Během procesu růstu je pravděpodobné, že dojde k transformaci krystalové formy, což vede k vícetypovým inkluzním defektům. Během procesu přípravy je obtížné stabilně kontrolovat jednu specifickou krystalovou formu a bariéra přeměny energie mezi různými krystalovými formami je extrémně nízká, což zvyšuje obtížnost kontroly. Kontrola parametrů a související výzkum v tomto období vyžadují obrovské náklady na výzkum a vývoj, což je také jeden z důvodů vysokých nákladů na karbid křemíku, který je v souladu s normami.
Čas zveřejnění: 3. července 2025