PVT-meetod, mille täisnimi on füüsikaline aurutransport, on ränikarbiidi (SiC)kristallid kõrge temperatuuri ja rõhu all. Selle põhiprintsiip on ränikarbiidipulbri kuumutamine sublimatsioonini temperatuuril üle 2300 ℃ ja madala rõhu all vaakumile lähedases keskkonnas, moodustades reaktsioonigaasi, mis sisaldab gaasilisi komponente nagu Si, Si2C ja SiC2. Tahkefaasi sublimatsioonireaktsiooni käigus moodustunud Si ja C komponentide erineva gaasifaasi osarõhu tõttu varieerub Si/C stöhhiomeetriline suhe vastavalt termilise välja jaotusele. Seetõttu on vaja kontrollida gaasifaasi komponentide jaotust ja transporti, et tagada nende jõudmine kasvukambris spetsiifilistesse kristallisatsioonipositsioonidesse.
Polükristallilise ränikarbiidi moodustumise vältimiseks gaasifaasi kristallisatsiooni käigus asetatakse kasvukambri ülaossa ränikarbiidi seemnekristallid. Gaasifaasi üleküllastumise mõjul ladestuvad gaasifaasi komponendid seemnekristalli pinnale, moodustades ränikarbiidi monokristalle. Kogu reaktsiooniprotsess toimub suletud kasvukambris, kus kõik reaktsioonisüsteemi parameetrid on omavahel seotud. Igasugune kõikumine kasvutingimustes mõjutab monokristalli kasvu stabiilsust.
Lisaks viivad ränikarbiidi monokristallide erinevad tihedalt pakitud struktuurid oma kristallilise orientatsiooni poolest mitmesuguste aatomite ühendus- ja sidumismeetoditeni, moodustades seega enam kui 200 ränikarbiidi isomeeride kristallvormi. Erinevate kristallivormide vaheline energiamuundamise barjäär on äärmiselt madal, seega on PVT monokristalli kasvusüsteemis väga tõenäoline kristallivormi muundumine, mille tulemuseks on korrastamata sihtkristallvormid ja mitmesugused kristallisatsioonidefektid. Seetõttu on vaja kasutada spetsiaalseid kontrollseadmeid kristallvormi ja kristallivaluplokkide erinevate defektide tuvastamiseks.
Ränikarbiidi valmistamisprotsessile on seatud äärmiselt kõrged nõuded, mis avalduvad peamiselt järgmistes aspektides:
- Ränikarbiidipulbri sünteesiprotsessis on palju keskkonnasaasteid, mis raskendab kõrge puhtusastmega pulbri saamist. Ränipulbri ja süsinikpulbri kui reaktsiooniallika vaheline mittetäielik reaktsioon võib põhjustada Si/C suhte tasakaalustamatust. Ränikarbiidipulbri kristallivormi ja osakeste suurust on pärast sünteesi raske kontrollida.
- Kõrgel temperatuuril üle 2300 ℃ ja peaaegu vaakumis läbib ränikarbiid suletud grafiidikambris "tahke-gaas-tahke" transformatsiooni ja rekristallisatsiooni protsessi. Sellel protsessil on pikk kasvutsükkel, seda on raske kontrollida ning see on altid defektidele, nagu mikrotuubulid ja sulundid.
- Ränikarbiidil on üle 200 erineva kristallivormi, kuid tootmiseks on tavaliselt vaja ainult ühte kristallivormi. Kasvuprotsessi käigus on kalduvus kristallivormi muundumisele, mille tulemuseks on mitut tüüpi kaasamisdefektid. Valmistamisprotsessi käigus on raske ühte kindlat kristallivormi stabiilselt kontrollida ning energia muundamise barjäär erinevate kristallivormide vahel on äärmiselt madal, mis suurendab kontrolli raskust. Parameetrite kontroll ja sellega seotud uuringud nõuavad sel perioodil tohutuid teadus- ja arendustegevuse kulusid, mis on ka üks nõuetele vastava ränikarbiidi kõrge hinna põhjuseid.
Postituse aeg: 03.07.2025