Egwyddor Twf Grisial Silicon Carbid (SiC) Dull PVT

Mae'r dull PVT, a'i enw llawn yw Cludiant Anwedd Corfforol, yn ddull cyffredin ar gyfer tyfu carbid silicon (SiC)grisialau o dan dymheredd uchel a phwysau uchel. Ei egwyddor sylfaenol yw cynhesu powdr silicon carbid i dyrnu ar dymheredd uwchlaw 2300 ℃ ac mewn amgylchedd pwysedd isel yn agos at wactod, gan ffurfio nwy adwaith sy'n cynnwys cydrannau nwyol fel Si, Si2C, a SiC2. Oherwydd y gwahanol bwysau rhannol cyfnod nwy o'r cydrannau Si a C a ffurfir gan yr adwaith dyrnu cyfnod solet, mae'r gymhareb stoichiometrig Si/C yn amrywio gyda'r dosbarthiad maes thermol. Felly, mae angen rheoli dosbarthiad a chludiant y cydrannau cyfnod nwy i sicrhau eu bod yn cyrraedd y safleoedd crisialu penodol yn y siambr dyfu.

Er mwyn atal crisialu cyfnod nwy anhrefnus rhag ffurfio silicon carbid polygrisialog, gosodir crisialau hadau silicon carbid ar frig y siambr dyfu. O dan ddylanwad gor-ddirlawnder cyfnod nwy, bydd y cydrannau cyfnod nwy yn dyddodi ar wyneb y grisial hadau i ffurfio crisialau sengl silicon carbid. Mae'r broses adwaith gyfan yn digwydd mewn siambr dyfu gaeedig, lle mae holl baramedrau'r system adwaith wedi'u cyplysu â'i gilydd. Bydd unrhyw amrywiad yn yr amodau twf yn effeithio ar sefydlogrwydd twf crisial sengl.

Yn ogystal, mae'r gwahanol strwythurau pacio agos o grisialau sengl silicon carbid o ran eu cyfeiriadedd crisial yn arwain at amrywiol ddulliau cysylltu a bondio atomig, gan ffurfio mwy na 200 o ffurfiau crisial o isomerau silicon carbid. Mae'r rhwystr trosi ynni rhwng gwahanol ffurfiau crisial yn isel iawn, felly mae trawsnewid ffurf grisial yn debygol iawn o ddigwydd yn system twf crisial sengl PVT, gan arwain at ffurfiau crisial targed anhrefnus ac amrywiol ddiffygion crisialu. Felly, mae angen defnyddio offer archwilio pwrpasol i ganfod y ffurf grisial ac amrywiol ddiffygion yr ingot crisial.

Mae gan y broses baratoi ar gyfer carbid silicon ofynion eithriadol o uchel, a amlygir yn bennaf yn yr agweddau canlynol:

• Mae llawer o amhureddau amgylcheddol yn y broses synthesis o bowdr silicon carbid, gan ei gwneud hi'n anodd cael powdr purdeb uchel. Mae'r adwaith anghyflawn rhwng powdr silicon a phowdr carbon fel ffynhonnell yr adwaith yn dueddol o achosi anghydbwysedd yn y gymhareb Si/C. Mae ffurf grisial a maint gronynnau powdr silicon carbid ar ôl synthesis yn anodd eu rheoli.
• O dan amodau tymheredd uchel uwchlaw 2300℃ a bron â gwactod, mae carbid silicon yn mynd trwy broses drawsnewid ac ailgrisialu “solid-nwy-solid” mewn siambr graffit caeedig. Mae gan y broses hon gylchred twf hir, mae'n anodd ei rheoli, ac mae'n dueddol o ddiffygion fel microdiwbynnau a chynhwysiadau.
• Mae silicon carbide yn cynnwys dros 200 o wahanol ffurfiau crisial, ond fel arfer dim ond un ffurf grisial sydd ei hangen ar gyfer cynhyrchu. Yn ystod y broses dyfu, mae trawsnewid ffurf grisial yn dueddol o ddigwydd, gan arwain at ddiffygion cynhwysiant amldeip. Yn ystod y broses baratoi, mae'n anodd rheoli un ffurf grisial benodol yn sefydlog, ac mae'r rhwystr trosi ynni rhwng gwahanol ffurfiau crisial yn isel iawn, sy'n cynyddu anhawster rheoli. Mae rheoli paramedrau ac ymchwil gysylltiedig yn ystod y cyfnod hwn yn gofyn am gostau Ymchwil a Datblygu enfawr, sydd hefyd yn un o'r rhesymau dros gost uchel silicon carbide cydymffurfiol.