SiC सिलिकॉन कार्बाइड एकल क्रिस्टल का विकास

अपनी खोज के बाद से, सिलिकॉन कार्बाइड ने व्यापक ध्यान आकर्षित किया है। सिलिकॉन कार्बाइड आधे Si परमाणुओं और आधे C परमाणुओं से बना होता है, जो sp3 हाइब्रिड ऑर्बिटल्स को साझा करने वाले इलेक्ट्रॉन जोड़े के माध्यम से सहसंयोजक बंधों से जुड़े होते हैं। इसके एकल क्रिस्टल की मूल संरचनात्मक इकाई में, चार Si परमाणु एक नियमित टेट्राहेड्रल संरचना में व्यवस्थित होते हैं, और C परमाणु नियमित टेट्राहेड्रोन के केंद्र में स्थित होता है। इसके विपरीत, Si परमाणु को टेट्राहेड्रोन का केंद्र भी माना जा सकता है, जिससे SiC4 या CSi4 बनता है। टेट्राहेड्रल संरचना। SiC में सहसंयोजक बंधन अत्यधिक आयनिक है, और सिलिकॉन-कार्बन बंधन ऊर्जा बहुत अधिक है, लगभग 4.47eV। कम स्टैकिंग फॉल्ट ऊर्जा के कारण, सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल विकास प्रक्रिया के दौरान आसानी से विभिन्न पॉलीटाइप बनाते हैं। 200 से अधिक ज्ञात पॉलीटाइप हैं, जिन्हें तीन प्रमुख श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: क्यूबिक, हेक्सागोनल और ट्राइगोनल।

वर्तमान में, SiC क्रिस्टल की मुख्य विकास विधियों में भौतिक वाष्प परिवहन विधि (PVT विधि), उच्च तापमान रासायनिक वाष्प जमाव (HTCVD विधि), तरल चरण विधि आदि शामिल हैं। उनमें से, PVT विधि अधिक परिपक्व है और औद्योगिक बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए अधिक उपयुक्त है।

तथाकथित PVT विधि में SiC बीज क्रिस्टल को क्रूसिबल के शीर्ष पर रखना और SiC पाउडर को कच्चे माल के रूप में क्रूसिबल के तल पर रखना शामिल है। उच्च तापमान और कम दबाव के बंद वातावरण में, SiC पाउडर तापमान ढाल और सांद्रता अंतर की क्रिया के तहत उर्ध्वपातित होता है और ऊपर की ओर बढ़ता है। इसे बीज क्रिस्टल के आस-पास ले जाने और फिर सुपरसैचुरेटेड अवस्था में पहुंचने के बाद इसे फिर से क्रिस्टलीकृत करने की एक विधि। इस विधि से SiC क्रिस्टल आकार और विशिष्ट क्रिस्टल रूपों की नियंत्रणीय वृद्धि प्राप्त की जा सकती है।
हालांकि, SiC क्रिस्टल को विकसित करने के लिए PVT विधि का उपयोग करने के लिए दीर्घकालिक विकास प्रक्रिया के दौरान हमेशा उचित विकास की स्थिति बनाए रखने की आवश्यकता होती है, अन्यथा यह जाली विकार को जन्म देगा, जिससे क्रिस्टल की गुणवत्ता प्रभावित होगी। हालाँकि, SiC क्रिस्टल की वृद्धि एक बंद स्थान में पूरी होती है। कुछ प्रभावी निगरानी विधियाँ और कई चर हैं, इसलिए प्रक्रिया नियंत्रण मुश्किल है।

पीवीटी विधि द्वारा SiC क्रिस्टल को विकसित करने की प्रक्रिया में, चरण प्रवाह वृद्धि मोड (स्टेप फ्लो ग्रोथ) को एकल क्रिस्टल रूप के स्थिर विकास के लिए मुख्य तंत्र माना जाता है।
वाष्पीकृत Si परमाणु और C परमाणु किंक बिंदु पर क्रिस्टल सतह परमाणुओं के साथ अधिमानतः बंधेंगे, जहाँ वे नाभिक बनाएंगे और बढ़ेंगे, जिससे प्रत्येक चरण समानांतर में आगे बढ़ेगा। जब क्रिस्टल सतह पर चरण की चौड़ाई एडैटम के प्रसार मुक्त पथ से बहुत अधिक हो जाती है, तो बड़ी संख्या में एडैटम एकत्र हो सकते हैं, और गठित दो-आयामी द्वीप जैसी वृद्धि मोड चरण प्रवाह वृद्धि मोड को नष्ट कर देगा, जिसके परिणामस्वरूप 4H क्रिस्टल संरचना की जानकारी का नुकसान होगा, जिसके परिणामस्वरूप कई दोष होंगे। इसलिए, प्रक्रिया मापदंडों के समायोजन को सतह चरण संरचना के नियंत्रण को प्राप्त करना चाहिए, जिससे बहुरूपी दोषों की पीढ़ी को दबाया जा सके, एकल क्रिस्टल रूप प्राप्त करने का उद्देश्य प्राप्त हो सके और अंततः उच्च गुणवत्ता वाले क्रिस्टल तैयार हो सकें।

सबसे पहले विकसित SiC क्रिस्टल वृद्धि विधि के रूप में, भौतिक वाष्प परिवहन विधि वर्तमान में SiC क्रिस्टल उगाने के लिए सबसे मुख्यधारा की वृद्धि विधि है। अन्य विधियों की तुलना में, इस विधि में वृद्धि उपकरण, एक सरल वृद्धि प्रक्रिया, मजबूत नियंत्रणीयता, अपेक्षाकृत गहन विकास अनुसंधान की कम आवश्यकता होती है, और पहले से ही औद्योगिक अनुप्रयोग प्राप्त कर चुकी है। HTCVD विधि का लाभ यह है कि यह प्रवाहकीय (n, p) और उच्च शुद्धता वाले अर्ध-इन्सुलेटिंग वेफर्स को विकसित कर सकता है, और डोपिंग सांद्रता को नियंत्रित कर सकता है ताकि वेफर में वाहक सांद्रता 3×1013~5×1019/cm3 के बीच समायोज्य हो। नुकसान उच्च तकनीकी सीमा और कम बाजार हिस्सेदारी है। जैसे-जैसे लिक्विड-फेज SiC क्रिस्टल ग्रोथ तकनीक परिपक्व होती जा रही है, यह भविष्य में पूरे SiC उद्योग को आगे बढ़ाने में बड़ी क्षमता दिखाएगी और SiC क्रिस्टल ग्रोथ में एक नया सफलता बिंदु बनने की संभावना है।