El método PVT, cuyo nombre completo es Transporte Físico de Vapor, es un método común para el crecimiento de carburo de silicio (Sic)cristales a alta temperatura y alta presión. Su principio básico consiste en calentar polvo de carburo de silicio hasta la sublimación a una temperatura superior a 2300 °C y en un entorno de baja presión cercano al vacío, formando un gas de reacción que contiene componentes gaseosos como Si, Si₂C y SiC₂. Debido a las diferentes presiones parciales en fase gaseosa de los componentes Si y C formados por la reacción de sublimación en fase sólida, la relación estequiométrica Si/C varía con la distribución del campo térmico. Por lo tanto, es necesario controlar la distribución y el transporte de los componentes en fase gaseosa para asegurar que alcancen las posiciones de cristalización específicas en la cámara de crecimiento.
Para evitar la cristalización desordenada en fase gaseosa que da lugar a la formación de carburo de silicio policristalino, se colocan cristales semilla de carburo de silicio en la parte superior de la cámara de crecimiento. Bajo la acción de la sobresaturación en fase gaseosa, los componentes de esta fase se depositan sobre la superficie del cristal semilla para formar monocristales de carburo de silicio. Todo el proceso de reacción se lleva a cabo en una cámara de crecimiento cerrada, donde todos los parámetros del sistema de reacción están interconectados. Cualquier fluctuación en las condiciones de crecimiento afectará la estabilidad del crecimiento del monocristal.
Además, las distintas estructuras compactas de los monocristales de carburo de silicio, en función de su orientación cristalina, dan lugar a diversos métodos de conexión y enlace atómico, formando así más de 200 isómeros de carburo de silicio. La barrera de conversión de energía entre las diferentes formas cristalinas es extremadamente baja, por lo que es muy probable que se produzca una transformación de la forma cristalina en el sistema de crecimiento de monocristales PVT, lo que resulta en formas cristalinas objetivo desordenadas y diversos defectos de cristalización. Por lo tanto, es necesario utilizar equipos de inspección específicos para detectar la forma cristalina y los diversos defectos del lingote de cristal.
El proceso de preparación del carburo de silicio tiene requisitos extremadamente altos, que se manifiestan principalmente en los siguientes aspectos:
- En el proceso de síntesis del polvo de carburo de silicio, existen numerosas impurezas ambientales que dificultan la obtención de un polvo de alta pureza. La reacción incompleta entre el polvo de silicio y el polvo de carbono, utilizados como reactivos, tiende a provocar un desequilibrio en la proporción Si/C. La forma cristalina y el tamaño de partícula del polvo de carburo de silicio tras la síntesis son difíciles de controlar.
- En condiciones de alta temperatura (superiores a 2300 °C) y casi vacío, el carburo de silicio experimenta un proceso de transformación sólido-gas-sólido y recristalización en una cámara cerrada de grafito. Este proceso tiene un ciclo de crecimiento prolongado, es difícil de controlar y propenso a defectos como microtúbulos e inclusiones.
- El carburo de silicio incluye más de 200 formas cristalinas diferentes, pero su producción generalmente solo requiere una. Durante el proceso de crecimiento, es probable que se produzcan transformaciones en la forma cristalina, lo que da lugar a defectos de inclusión de múltiples tipos. Durante el proceso de preparación, es difícil controlar de forma estable una única forma cristalina específica, y la barrera de conversión de energía entre las diferentes formas cristalinas es extremadamente baja, lo que aumenta la dificultad de control. El control de parámetros y la investigación relacionada durante este período requieren enormes costos de I+D, lo que también es una de las razones del alto costo del carburo de silicio conforme.
Fecha de publicación: 3 de julio de 2025