Η μέθοδος PVT, της οποίας το πλήρες όνομα είναι Φυσική Μεταφορά Ατμών, είναι μια κοινή μέθοδος για την καλλιέργεια καρβιδίου του πυριτίου (Ούτω)κρυστάλλους υπό υψηλή θερμοκρασία και υψηλή πίεση. Η βασική αρχή της είναι η θέρμανση σκόνης καρβιδίου του πυριτίου μέχρι εξάχνωσης σε θερμοκρασία άνω των 2300℃ και σε περιβάλλον χαμηλής πίεσης κοντά στο κενό, σχηματίζοντας ένα αέριο αντίδρασης που περιέχει αέρια συστατικά όπως Si, Si2C και SiC2. Λόγω των διαφορετικών μερικών πιέσεων αέριας φάσης των συστατικών Si και C που σχηματίζονται από την αντίδραση εξάχνωσης στερεάς φάσης, η στοιχειομετρική αναλογία Si/C ποικίλλει ανάλογα με την κατανομή του θερμικού πεδίου. Επομένως, είναι απαραίτητο να ελέγχεται η κατανομή και η μεταφορά των συστατικών αέριας φάσης για να διασφαλιστεί ότι φτάνουν στις συγκεκριμένες θέσεις κρυστάλλωσης στον θάλαμο ανάπτυξης.
Για να αποτραπεί ο σχηματισμός πολυκρυσταλλικού καρβιδίου του πυριτίου από την ακανόνιστη κρυστάλλωση αέριας φάσης, κρύσταλλοι πυριτίου-σπόρου τοποθετούνται στην κορυφή του θαλάμου ανάπτυξης. Υπό την επίδραση του υπερκορεσμού αέριας φάσης, τα συστατικά της αέριας φάσης θα εναποτεθούν στην επιφάνεια του κρυστάλλου-σπόρου για να σχηματίσουν μονοκρυστάλλους καρβιδίου του πυριτίου. Ολόκληρη η διαδικασία αντίδρασης λαμβάνει χώρα σε έναν κλειστό θάλαμο ανάπτυξης, όπου όλες οι παράμετροι του συστήματος αντίδρασης συνδέονται μεταξύ τους. Οποιαδήποτε διακύμανση στις συνθήκες ανάπτυξης θα επηρεάσει τη σταθερότητα της ανάπτυξης μονοκρυστάλλων.
Επιπλέον, οι διαφορετικές δομές των μονοκρυστάλλων καρβιδίου του πυριτίου σε κλειστό περιβάλλον, όσον αφορά τον προσανατολισμό των κρυστάλλων τους, οδηγούν σε διάφορες μεθόδους ατομικής σύνδεσης και συγκόλλησης, σχηματίζοντας έτσι περισσότερες από 200 κρυσταλλικές μορφές ισομερών καρβιδίου του πυριτίου. Το φράγμα μετατροπής ενέργειας μεταξύ των διαφορετικών κρυσταλλικών μορφών είναι εξαιρετικά χαμηλό, επομένως είναι πολύ πιθανό να συμβεί μετασχηματισμός κρυσταλλικής μορφής στο σύστημα ανάπτυξης μονοκρυστάλλου PVT, με αποτέλεσμα ακανόνιστες κρυσταλλικές μορφές-στόχους και διάφορα ελαττώματα κρυστάλλωσης. Επομένως, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί ειδικός εξοπλισμός επιθεώρησης για την ανίχνευση της κρυσταλλικής μορφής και διαφόρων ελαττωμάτων του κρυσταλλικού ιμάντα.
Η διαδικασία παρασκευής καρβιδίου του πυριτίου έχει εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις, οι οποίες εκδηλώνονται κυρίως στις ακόλουθες πτυχές:
- Υπάρχουν πολλές περιβαλλοντικές ακαθαρσίες στη διαδικασία σύνθεσης σκόνης καρβιδίου του πυριτίου, γεγονός που καθιστά δύσκολη την απόκτηση σκόνης υψηλής καθαρότητας. Η ατελής αντίδραση μεταξύ σκόνης πυριτίου και σκόνης άνθρακα ως πηγής αντίδρασης είναι επιρρεπής σε ανισορροπία στην αναλογία Si/C. Η κρυσταλλική μορφή και το μέγεθος των σωματιδίων της σκόνης καρβιδίου του πυριτίου μετά τη σύνθεση είναι δύσκολο να ελεγχθούν.
- Υπό συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας άνω των 2300℃ και σχεδόν κενού, το καρβίδιο του πυριτίου υφίσταται μια διαδικασία μετασχηματισμού και ανακρυστάλλωσης «στερεού-αερίου-στερεού» σε κλειστό θάλαμο γραφίτη. Αυτή η διαδικασία έχει έναν μακρύ κύκλο ανάπτυξης, είναι δύσκολο να ελεγχθεί και είναι επιρρεπής σε ελαττώματα όπως μικροσωληνίσκοι και εγκλείσματα.
- Το καρβίδιο του πυριτίου περιλαμβάνει πάνω από 200 διαφορετικές κρυσταλλικές μορφές, αλλά η παραγωγή συνήθως απαιτεί μόνο μία κρυσταλλική μορφή. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ανάπτυξης, είναι επιρρεπής ο μετασχηματισμός της κρυσταλλικής μορφής, με αποτέλεσμα ελαττώματα συμπερίληψης πολλαπλών τύπων. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας παρασκευής, είναι δύσκολο να ελεγχθεί σταθερά μια συγκεκριμένη κρυσταλλική μορφή και το φράγμα μετατροπής ενέργειας μεταξύ διαφορετικών κρυσταλλικών μορφών είναι εξαιρετικά χαμηλό, γεγονός που αυξάνει τη δυσκολία ελέγχου. Ο έλεγχος παραμέτρων και η σχετική έρευνα κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου απαιτούν τεράστιο κόστος Ε&Α, το οποίο είναι επίσης ένας από τους λόγους για το υψηλό κόστος του συμβατού καρβιδίου του πυριτίου.
Ώρα δημοσίευσης: 03 Ιουλίου 2025