Od svog otkrića, silicijev karbid privukao je široku pozornost. Silicijev karbid sastoji se od pola atoma Si i pola atoma C, koji su povezani kovalentnim vezama putem elektronskih parova koji dijele sp3 hibridne orbitale. U osnovnoj strukturnoj jedinici njegovog monokristala, četiri atoma Si raspoređena su u pravilnu tetraedarsku strukturu, a atom C nalazi se u središtu pravilnog tetraedra. Obrnuto, atom Si također se može smatrati središtem tetraedra, čime se tvori SiC4 ili CSi4. Tetraedarska struktura. Kovalentna veza u SiC je visoko ionska, a energija veze silicij-ugljik je vrlo visoka, oko 4,47 eV. Zbog niske energije greške slaganja, kristali silicijevog karbida lako tvore različite politipove tijekom procesa rasta. Postoji više od 200 poznatih politipova, koji se mogu podijeliti u tri glavne kategorije: kubne, heksagonalne i trigonalne.
Trenutno, glavne metode rasta SiC kristala uključuju metodu fizičkog transporta pare (PVT metoda), kemijsko taloženje pare na visokim temperaturama (HTCVD metoda), metodu tekuće faze itd. Među njima, PVT metoda je zrelija i prikladnija za masovnu industrijsku proizvodnju.
Takozvana PVT metoda odnosi se na postavljanje SiC kristala sjemena na vrh lončića, a SiC prah kao sirovine na dno lončića. U zatvorenom okruženju visoke temperature i niskog tlaka, SiC prah sublimira i kreće se prema gore pod djelovanjem temperaturnog gradijenta i razlike u koncentraciji. Metoda njegovog transporta u blizinu kristala sjemena, a zatim rekristalizacije nakon postizanja prezasićenog stanja. Ovom metodom može se postići kontrolirani rast veličine SiC kristala i specifičnih kristalnih oblika.
Međutim, korištenje PVT metode za rast SiC kristala zahtijeva stalno održavanje odgovarajućih uvjeta rasta tijekom dugotrajnog procesa rasta, inače će doći do poremećaja rešetke, što će utjecati na kvalitetu kristala. Međutim, rast SiC kristala odvija se u zatvorenom prostoru. Postoji malo učinkovitih metoda praćenja i mnogo varijabli, pa je kontrola procesa teška.
U procesu uzgoja SiC kristala PVT metodom, način rasta postupnim protokom (Step Flow Growth) smatra se glavnim mehanizmom za stabilan rast monokristalnog oblika.
Ispareni atomi Si i C će se preferencijalno vezati s atomima kristalne površine u točki pregiba, gdje će nukleirati i rasti, uzrokujući da svaki korak teče naprijed paralelno. Kada širina koraka na kristalnoj površini daleko premaši put slobodne difuzije adatoma, veliki broj adatoma može se aglomerirati, a nastali dvodimenzionalni način rasta nalik otoku uništit će način rasta stepenastog toka, što će rezultirati gubitkom informacija o kristalnoj strukturi 4H, što rezultira višestrukim defektima. Stoga, podešavanjem parametara procesa mora se postići kontrola nad strukturom površinskog koraka, čime se suzbija stvaranje polimorfnih defekata, postiže cilj dobivanja monokristalnog oblika i u konačnici pripremaju visokokvalitetni kristali.
Kao najranije razvijena metoda rasta SiC kristala, metoda fizičkog transporta pare trenutno je najraširenija metoda rasta SiC kristala. U usporedbi s drugim metodama, ova metoda ima niže zahtjeve za opremu za rast, jednostavan proces rasta, snažnu upravljivost, relativno temeljita razvojna istraživanja i već je postigla industrijsku primjenu. Prednost HTTVD metode je u tome što može uzgajati vodljive (n, p) i visokočiste poluizolacijske pločice te kontrolirati koncentraciju dopiranja tako da se koncentracija nosioca u pločici može podešavati između 3×1013~5×1019/cm3. Nedostaci su visoki tehnički prag i nizak tržišni udio. Kako se tehnologija rasta SiC kristala u tekućoj fazi nastavlja razvijati, pokazat će veliki potencijal u unapređenju cijele SiC industrije u budućnosti i vjerojatno će biti nova prekretnica u rastu SiC kristala.
Vrijeme objave: 16. travnja 2024.