Pärast avastamist on ränikarbiid pälvinud laialdast tähelepanu. Ränikarbiid koosneb poolest Si-aatomitest ja poolest C-aatomitest, mis on omavahel ühendatud kovalentsete sidemetega elektronpaaride kaudu, mis jagavad sp3 hübriidorbitaale. Selle monokristalli põhistruktuuriüksuses on neli Si-aatomit paigutatud korrapärasesse tetraeedrilisse struktuuri ja C-aatom asub korrapärase tetraeedri keskel. Vastupidiselt võib räni aatomit pidada ka tetraeedri keskpunktiks, moodustades seega SiC4 või CSi4. Tetraeedriline struktuur. SiC kovalentne side on väga ioonne ja räni-süsinik sideme energia on väga kõrge, umbes 4,47 eV. Madala virnastusvea energia tõttu moodustavad ränikarbiidi kristallid kasvuprotsessi käigus kergesti mitmesuguseid polütüüpe. Teada on üle 200 polütüübi, mida saab jagada kolme põhikategooriasse: kuup-, kuusnurk- ja trigonaalpolütüübid.
Praegu on SiC kristallide peamised kasvumeetodid füüsikalise aurutranspordi meetod (PVT-meetod), kõrgel temperatuuril keemilise aurustamise-sadestamise meetod (HTCVD-meetod), vedelfaasi meetod jne. Nende hulgas on PVT-meetod küpsem ja sobivam tööstuslikuks masstootmiseks.
Nn PVT-meetod viitab SiC seemnekristallide asetamisele tiigli ülaossa ja SiC pulbri kui tooraine asetamisele tiigli põhja. Kõrge temperatuuri ja madala rõhuga suletud keskkonnas sublimeerub SiC pulber ning liigub temperatuurigradiendi ja kontsentratsiooni erinevuse mõjul ülespoole. See on meetod, mille käigus see transporditakse seemnekristalli lähedusse ja seejärel pärast üleküllastunud oleku saavutamist rekristalliseeritakse. Selle meetodi abil saab saavutada SiC kristallide suuruse ja spetsiifiliste kristallivormide kontrollitavat kasvu.
SiC-kristallide kasvatamine PVT-meetodi abil nõuab aga pikaajalise kasvuprotsessi käigus alati sobivate kasvutingimuste säilitamist, vastasel juhul tekib võrehäireid, mis mõjutab kristalli kvaliteeti. SiC-kristallide kasv toimub aga suletud ruumis. Tõhusaid jälgimismeetodeid on vähe ja muutujaid palju, mistõttu on protsessi juhtimine keeruline.
SiC-kristallide PVT-meetodil kasvatamise protsessis peetakse astmelise voolu kasvurežiimi (Step Flow Growth) peamiseks mehhanismiks monokristalli vormi stabiilseks kasvuks.
Aurustatud räni- ja süsinikuaatomid seonduvad eelistatavalt kristalli pinna aatomitega murdepunktis, kus nad moodustavad tuuma ja kasvavad, põhjustades iga astme paralleelset edasiliikumist. Kui astme laius kristalli pinnal ületab oluliselt adatoomide difusioonivaba rada, võib suur hulk adatoome aglomereeruda ja moodustunud kahemõõtmeline saarekujuline kasvurežiim hävitab astmelise voolu kasvurežiimi, mille tulemuseks on 4H kristallstruktuuri teabe kadumine ja mitmete defektide teke. Seetõttu tuleb protsessiparameetrite reguleerimisega saavutada pinna astmelise struktuuri kontroll, pärssides seeläbi polümorfsete defektide teket, saavutades eesmärgi saada üksikkristallvorm ja lõppkokkuvõttes valmistada kvaliteetseid kristalle.
Kuna tegemist on kõige varasema väljatöötatud SiC-kristallide kasvumeetodiga, on füüsikalise aurutranspordi meetod praegu SiC-kristallide kasvatamise kõige levinum meetod. Võrreldes teiste meetoditega on sellel meetodil madalamad nõuded kasvuseadmetele, lihtne kasvuprotsess, hea juhitavus, suhteliselt põhjalik arendusuuring ja see on juba saavutanud tööstusliku rakenduse. HTCCVD-meetodi eeliseks on see, et sellega saab kasvatada juhtivaid (n, p) ja kõrge puhtusastmega poolisoleerivaid vahvleid ning legeerimiskontsentratsiooni saab reguleerida nii, et laengukandjate kontsentratsioon vahvlis on reguleeritav vahemikus 3×1013–5×1019/cm3. Puudusteks on kõrge tehniline lävi ja väike turuosa. Kuna vedelfaasilise SiC-kristallide kasvutehnoloogia areneb edasi, on sellel tulevikus suur potentsiaal kogu SiC-tööstuse edendamiseks ja see on tõenäoliselt uus läbimurre SiC-kristallide kasvus.
Postituse aeg: 16. aprill 2024