Desde su descubrimiento, el carburo de silicio ha atraído una amplia atención. El carburo de silicio está compuesto por la mitad de átomos de Si y la mitad de átomos de C, que están conectados por enlaces covalentes a través de pares de electrones que comparten orbitales híbridos sp3. En la unidad estructural básica de su monocristal, cuatro átomos de Si están dispuestos en una estructura tetraédrica regular, y el átomo de C está ubicado en el centro del tetraedro regular. Por el contrario, el átomo de Si también puede considerarse el centro del tetraedro, formando así SiC4 o CSi4. Estructura tetraédrica. El enlace covalente en SiC es altamente iónico, y la energía de enlace silicio-carbono es muy alta, alrededor de 4,47 eV. Debido a la baja energía de falla de apilamiento, los cristales de carburo de silicio forman fácilmente varios politipos durante el proceso de crecimiento. Hay más de 200 politipos conocidos, que pueden dividirse en tres categorías principales: cúbicos, hexagonales y trigonales.
En la actualidad, los principales métodos de crecimiento de cristales de SiC incluyen el método de transporte físico de vapor (método PVT), la deposición química de vapor a alta temperatura (método HTCVD), el método de fase líquida, etc. Entre ellos, el método PVT es más maduro y más adecuado para la producción industrial en masa.
El método PVT consiste en colocar cristales de SiC en la parte superior del crisol y polvo de SiC como materia prima en la parte inferior. En un entorno cerrado de alta temperatura y baja presión, el polvo de SiC se sublima y asciende por la acción del gradiente de temperatura y la diferencia de concentración. Este método consiste en transportarlo cerca del cristal y recristalizarlo tras alcanzar un estado sobresaturado. Este método permite controlar el crecimiento del tamaño de los cristales de SiC y sus formas cristalinas específicas.
Sin embargo, el uso del método PVT para el crecimiento de cristales de SiC requiere mantener siempre condiciones de crecimiento adecuadas durante el proceso de crecimiento a largo plazo; de lo contrario, se producirá un desorden en la red cristalina, lo que afectará la calidad del cristal. No obstante, el crecimiento de los cristales de SiC se realiza en un espacio cerrado. Existen pocos métodos de monitoreo efectivos y numerosas variables, por lo que el control del proceso es difícil.
En el proceso de crecimiento de cristales de SiC mediante el método PVT, el modo de crecimiento de flujo escalonado (Step Flow Growth) se considera el mecanismo principal para el crecimiento estable de una forma monocristalina.
Los átomos de Si y C vaporizados se unirán preferentemente con los átomos de la superficie cristalina en el punto de inflexión, donde se nuclearán y crecerán, provocando que cada paso fluya hacia adelante en paralelo. Cuando el ancho del paso en la superficie cristalina excede con creces la trayectoria libre de difusión de los adatomos, una gran cantidad de adatomos puede aglomerarse, y el modo de crecimiento bidimensional similar a una isla formado destruirá el modo de crecimiento del flujo escalonado, lo que resultará en la pérdida de información de la estructura cristalina de 4H, lo que resultará en múltiples defectos. Por lo tanto, el ajuste de los parámetros del proceso debe lograr el control de la estructura superficial del paso, suprimiendo así la generación de defectos polimórficos, logrando el propósito de obtener una forma monocristalina y, en última instancia, preparando cristales de alta calidad.
Como el método de crecimiento de cristales de SiC desarrollado más temprano, el método de transporte físico de vapor es actualmente el más común para el crecimiento de cristales de SiC. En comparación con otros métodos, este método requiere menos equipos de crecimiento, un proceso de crecimiento simple, alta controlabilidad, una investigación de desarrollo relativamente exhaustiva y ya ha alcanzado aplicaciones industriales. La ventaja del método HTCVD es que permite el crecimiento de obleas conductoras (n, p) y semiaislantes de alta pureza, y permite controlar la concentración de dopaje para que la concentración de portadores en la oblea se ajuste entre 3 × 10¹³ y 5 × 10¹³/cm³. Las desventajas son su alto umbral técnico y su baja cuota de mercado. A medida que la tecnología de crecimiento de cristales de SiC en fase líquida continúa madurando, mostrará un gran potencial para el avance de toda la industria del SiC en el futuro y es probable que represente un nuevo hito en el crecimiento de cristales de SiC.
Hora de publicación: 16 de abril de 2024