از زمان کشف، کاربید سیلیکون توجه گستردهای را به خود جلب کرده است. کاربید سیلیکون از نیمی از اتمهای Si و نیمی از اتمهای C تشکیل شده است که توسط پیوندهای کووالانسی از طریق جفت الکترونهایی که اوربیتالهای هیبریدی sp3 را به اشتراک میگذارند، به هم متصل شدهاند. در واحد ساختاری اساسی تک بلور آن، چهار اتم Si در یک ساختار چهاروجهی منظم چیده شدهاند و اتم C در مرکز چهاروجهی منظم قرار دارد. برعکس، اتم Si را میتوان به عنوان مرکز چهاروجهی نیز در نظر گرفت و در نتیجه SiC4 یا CSi4 را تشکیل داد. ساختار چهاروجهی. پیوند کووالانسی در SiC بسیار یونی است و انرژی پیوند سیلیکون-کربن بسیار بالا، حدود 4.47eV است. به دلیل انرژی خطای انباشتگی پایین، بلورهای کاربید سیلیکون به راحتی در طول فرآیند رشد، پلیتایپهای مختلفی را تشکیل میدهند. بیش از 200 پلیتایپ شناخته شده وجود دارد که میتوان آنها را به سه دسته اصلی تقسیم کرد: مکعبی، ششضلعی و مثلثی.
در حال حاضر، روشهای اصلی رشد بلورهای SiC شامل روش انتقال بخار فیزیکی (روش PVT)، رسوب بخار شیمیایی در دمای بالا (روش HTCVD)، روش فاز مایع و غیره است. در میان آنها، روش PVT بالغتر و برای تولید انبوه صنعتی مناسبتر است.
روش موسوم به PVT به قرار دادن کریستالهای دانهای SiC در بالای بوته و قرار دادن پودر SiC به عنوان ماده اولیه در پایین بوته اشاره دارد. در یک محیط بسته با دمای بالا و فشار پایین، پودر SiC تحت تأثیر گرادیان دما و اختلاف غلظت، تصعید شده و به سمت بالا حرکت میکند. روشی برای انتقال آن به مجاورت کریستال دانهای و سپس تبلور مجدد آن پس از رسیدن به حالت فوق اشباع. این روش میتواند به رشد قابل کنترل اندازه کریستال SiC و اشکال خاص کریستال دست یابد.
با این حال، استفاده از روش PVT برای رشد کریستالهای SiC مستلزم حفظ شرایط رشد مناسب در طول فرآیند رشد طولانیمدت است، در غیر این صورت منجر به بینظمی شبکه میشود و در نتیجه بر کیفیت کریستال تأثیر میگذارد. با این حال، رشد کریستالهای SiC در یک فضای بسته انجام میشود. روشهای نظارت مؤثر کمی وجود دارد و متغیرهای زیادی وجود دارد، بنابراین کنترل فرآیند دشوار است.
در فرآیند رشد کریستالهای SiC به روش PVT، حالت رشد جریان پلهای (Step Flow Growth) به عنوان مکانیسم اصلی برای رشد پایدار یک شکل کریستالی واحد در نظر گرفته میشود.
اتمهای Si و C بخار شده ترجیحاً در نقطه پیچخوردگی با اتمهای سطح کریستال پیوند برقرار میکنند، جایی که هستهزایی و رشد میکنند و باعث میشوند هر پله به صورت موازی به جلو جریان یابد. هنگامی که عرض پله روی سطح کریستال بسیار بیشتر از مسیر آزاد انتشار اتمها باشد، تعداد زیادی از اتمها ممکن است تجمع پیدا کنند و حالت رشد جزیرهای دوبعدی تشکیل شده، حالت رشد جریان پلهای را از بین میبرد و در نتیجه اطلاعات ساختار کریستالی 4H از بین میرود و منجر به نقصهای متعدد میشود. بنابراین، تنظیم پارامترهای فرآیند باید به کنترل ساختار پلهای سطح منجر شود و در نتیجه از ایجاد نقصهای چندشکلی جلوگیری شود و به هدف دستیابی به یک شکل کریستالی واحد و در نهایت تهیه کریستالهای با کیفیت بالا دست یابد.
به عنوان اولین روش رشد کریستال SiC توسعهیافته، روش انتقال بخار فیزیکی در حال حاضر رایجترین روش رشد برای رشد کریستالهای SiC است. در مقایسه با سایر روشها، این روش نیاز کمتری به تجهیزات رشد، فرآیند رشد ساده، قابلیت کنترل قوی، تحقیقات توسعهای نسبتاً کاملی دارد و در حال حاضر به کاربرد صنعتی دست یافته است. مزیت روش HTCVD این است که میتواند ویفرهای رسانا (n، p) و نیمه عایق با خلوص بالا را رشد دهد و میتواند غلظت آلایش را کنترل کند به طوری که غلظت حامل در ویفر بین 3×1013 ~ 5×1019/cm3 قابل تنظیم باشد. معایب آن آستانه فنی بالا و سهم بازار کم است. با ادامه بلوغ فناوری رشد کریستال SiC فاز مایع، پتانسیل بالایی در پیشرفت کل صنعت SiC در آینده نشان خواهد داد و احتمالاً نقطه عطف جدیدی در رشد کریستال SiC خواهد بود.
زمان ارسال: ۱۶ آوریل ۲۰۲۴