Siden sin opdagelse har siliciumcarbid tiltrukket sig udbredt opmærksomhed. Siliciumcarbid er sammensat af halve Si-atomer og halve C-atomer, som er forbundet af kovalente bindinger gennem elektronpar, der deler sp3-hybridorbitaler. I den grundlæggende strukturelle enhed i dens enkeltkrystal er fire Si-atomer arrangeret i en regulær tetraedrisk struktur, og C-atomet er placeret i midten af det regulære tetraeder. Omvendt kan Si-atomet også betragtes som centrum af tetraederet, hvorved der dannes SiC4 eller CSi4. Tetraedrisk struktur. Den kovalente binding i SiC er meget ionisk, og silicium-kulstofbindingsenergien er meget høj, omkring 4,47 eV. På grund af den lave stablingsfejlenergi danner siliciumcarbidkrystaller let forskellige polytyper under vækstprocessen. Der er mere end 200 kendte polytyper, som kan opdeles i tre hovedkategorier: kubisk, hexagonal og trigonal.
I øjeblikket omfatter de vigtigste vækstmetoder for SiC-krystaller den fysiske damptransportmetode (PVT-metoden), højtemperaturkemisk dampaflejring (HTCVD-metoden), flydende fasemetoden osv. Blandt disse er PVT-metoden mere moden og mere egnet til industriel masseproduktion.
Den såkaldte PVT-metode refererer til at placere SiC-podekrystaller på toppen af diglen og placere SiC-pulver som råmateriale i bunden af diglen. I et lukket miljø med høj temperatur og lavt tryk sublimerer SiC-pulveret og bevæger sig opad under påvirkning af temperaturgradient og koncentrationsforskel. En metode til at transportere det til nærheden af podekrystallen og derefter omkrystallisere det efter at have nået en overmættet tilstand. Denne metode kan opnå kontrollerbar vækst af SiC-krystalstørrelse og specifikke krystalformer.
Brug af PVT-metoden til at dyrke SiC-krystaller kræver dog altid at opretholde passende vækstbetingelser under den langsigtede vækstproces, ellers vil det føre til gitterforstyrrelser, hvilket påvirker krystallens kvalitet. Væksten af SiC-krystaller foregår dog i et lukket rum. Der er få effektive overvågningsmetoder og mange variabler, så processtyring er vanskelig.
I processen med at dyrke SiC-krystaller ved hjælp af PVT-metoden betragtes trinvis flowvækstmetoden (Step Flow Growth) som den vigtigste mekanisme for stabil vækst af en enkeltkrystalform.
De fordampede Si-atomer og C-atomer vil fortrinsvis binde sig til krystaloverfladeatomer ved knækpunktet, hvor de vil danne kim og vokse, hvilket får hvert trin til at flyde parallelt fremad. Når trinbredden på krystaloverfladen langt overstiger den diffusionsfrie bane for adatomer, kan et stort antal adatomer agglomerere, og den dannede todimensionelle ø-lignende væksttilstand vil ødelægge trinvise væksttilstand, hvilket resulterer i tab af 4H-krystalstrukturinformation, hvilket resulterer i flere defekter. Derfor skal justeringen af procesparametrene opnå kontrol over overfladetrinstrukturen og derved undertrykke dannelsen af polymorfe defekter, opnå formålet med at opnå en enkelt krystalform og i sidste ende fremstille krystaller af høj kvalitet.
Som den tidligst udviklede SiC-krystalvækstmetode er den fysiske damptransportmetode i øjeblikket den mest almindelige vækstmetode til dyrkning af SiC-krystaller. Sammenlignet med andre metoder har denne metode lavere krav til vækstudstyr, en simpel vækstproces, stærk kontrollerbarhed, relativt grundig udviklingsforskning og har allerede opnået industriel anvendelse. Fordelen ved HTCVD-metoden er, at den kan dyrke ledende (n, p) og højrenheds halvisolerende wafere og kan kontrollere dopingkoncentrationen, så bærerkoncentrationen i waferen er justerbar mellem 3 × 1013 ~ 5 × 1019 / cm3. Ulemperne er en høj teknisk tærskel og lav markedsandel. Efterhånden som flydendefase SiC-krystalvækstteknologien fortsætter med at modnes, vil den vise et stort potentiale i at fremme hele SiC-industrien i fremtiden og vil sandsynligvis være et nyt gennembrud inden for SiC-krystalvækst.
Opslagstidspunkt: 16. april 2024