O principio do método PVT: crecemento de cristais de carburo de silicio (SiC)

O método PVT, cuxo nome completo é Transporte Físico de Vapor, é un método común para o cultivo de carburo de silicio (SiC)cristais a alta temperatura e alta presión. O seu principio básico é quentar o po de carburo de silicio ata a sublimación a unha temperatura superior a 2300 ℃ e nun ambiente de baixa presión próximo ao baleiro, formando un gas de reacción que contén compoñentes gasosos como Si, Si2C e SiC2. Debido ás diferentes presións parciais en fase gasosa dos compoñentes de Si e C formados pola reacción de sublimación en fase sólida, a relación estequiométrica Si/C varía coa distribución do campo térmico. Polo tanto, é necesario controlar a distribución e o transporte dos compoñentes en fase gasosa para garantir que alcancen as posicións de cristalización específicas na cámara de crecemento.

Para evitar que a cristalización desordenada en fase gasosa forme carburo de silicio policristalino, os cristais semente de carburo de silicio colócanse na parte superior da cámara de crecemento. Baixo o impulso da sobresaturación en fase gasosa, os compoñentes en fase gasosa depositaranse na superficie do cristal semente para formar monocristais de carburo de silicio. Todo o proceso de reacción ten lugar nunha cámara de crecemento pechada, onde todos os parámetros do sistema de reacción están acoplados entre si. Calquera flutuación nas condicións de crecemento afectará á estabilidade do crecemento do monocristal.

Ademais, as diferentes estruturas compactas dos monocristais de carburo de silicio en termos da súa orientación cristalina dan lugar a varios métodos de conexión e unión atómica, formando así máis de 200 formas cristalinas de isómeros de carburo de silicio. A barreira de conversión de enerxía entre as diferentes formas cristalinas é extremadamente baixa, polo que é moi probable que se produza unha transformación da forma cristalina no sistema de crecemento monocristalino PVT, o que resulta en formas cristalinas obxectivo desordenadas e varios defectos de cristalización. Polo tanto, é necesario usar equipos de inspección dedicados para detectar a forma cristalina e varios defectos do lingote de cristal.

O proceso de preparación do carburo de silicio ten uns requisitos extremadamente altos, que se manifestan principalmente nos seguintes aspectos:

• Hai moitas impurezas ambientais no proceso de síntese do po de carburo de silicio, o que dificulta a obtención de po de alta pureza. A reacción incompleta entre o po de silicio e o po de carbono como fonte de reacción é propensa a causar un desequilibrio na relación Si/C. A forma cristalina e o tamaño das partículas do po de carburo de silicio despois da síntese son difíciles de controlar.
• En condicións de alta temperatura por riba dos 2300 ℃ e preto do baleiro, o carburo de silicio sofre un proceso de transformación e recristalización "sólido-gas-sólido" nunha cámara de grafito pechada. Este proceso ten un ciclo de crecemento longo, é difícil de controlar e propenso a defectos como microtúbulos e inclusións.
• O carburo de silicio inclúe máis de 200 formas cristalinas diferentes, pero a produción normalmente só require unha forma cristalina. Durante o proceso de crecemento, é probable que se produza unha transformación da forma cristalina, o que resulta en defectos de inclusión multitipo. Durante o proceso de preparación, é difícil controlar de forma estable unha única forma cristalina específica, e a barreira de conversión de enerxía entre as diferentes formas cristalinas é extremadamente baixa, o que aumenta a dificultade do control. O control de parámetros e a investigación relacionada durante este período requiren enormes custos de I+D, o que tamén é unha das razóns do alto custo do carburo de silicio compatible.