PVT metoda, čiji je puni naziv Fizički transport pare, uobičajena je metoda za uzgoj silicijevog karbida (SiC)kristali pod visokom temperaturom i visokim tlakom. Njegov osnovni princip je zagrijavanje praha silicijevog karbida do sublimacije na temperaturi iznad 2300 ℃ i u okruženju niskog tlaka blizu vakuuma, stvarajući reakcijski plin koji sadrži plinovite komponente poput Si, Si2C i SiC2. Zbog različitih parcijalnih tlakova plinovite faze komponenti Si i C nastalih reakcijom sublimacije u čvrstoj fazi, stehiometrijski omjer Si/C varira s raspodjelom toplinskog polja. Stoga je potrebno kontrolirati raspodjelu i transport komponenti plinovite faze kako bi se osiguralo da dosegnu specifične položaje kristalizacije u komori za rast.
Kako bi se spriječilo stvaranje polikristalnog silicijevog karbida uslijed neuređene kristalizacije u plinskoj fazi, klice silicijevog karbida postavljaju se na vrh komore za rast. Pod utjecajem prezasićenosti u plinskoj fazi, komponente plinske faze taložit će se na površini klice i formirati monokristale silicijevog karbida. Cijeli reakcijski proces odvija se u zatvorenoj komori za rast, gdje su svi parametri reakcijskog sustava međusobno povezani. Bilo kakva fluktuacija uvjeta rasta utjecat će na stabilnost rasta monokristala.
Osim toga, različite gusto pakirane strukture monokristala silicijevog karbida u smislu njihove kristalne orijentacije dovode do različitih metoda atomskog povezivanja i vezivanja, čime se formira više od 200 kristalnih oblika izomera silicijevog karbida. Barijera pretvorbe energije između različitih kristalnih oblika izuzetno je niska, pa je vrlo vjerojatno da će se u PVT sustavu rasta monokristala dogoditi transformacija kristalnog oblika, što rezultira neuređenim ciljnim kristalnim oblicima i raznim defektima kristalizacije. Stoga je potrebno koristiti namjensku opremu za inspekciju kako bi se otkrio kristalni oblik i razni defekti kristalnog ingota.
Proces pripreme silicijevog karbida ima izuzetno visoke zahtjeve, koji se uglavnom očituju u sljedećim aspektima:
- U procesu sinteze praha silicijevog karbida postoje mnoge nečistoće iz okoliša, što otežava dobivanje praha visoke čistoće. Nepotpuna reakcija između praha silicija i praha ugljika kao izvora reakcije sklona je uzrokovanju neravnoteže u omjeru Si/C. Kristalni oblik i veličina čestica praha silicijevog karbida nakon sinteze teško se kontroliraju.
- U uvjetima visoke temperature iznad 2300℃ i blizu vakuuma, silicijev karbid prolazi kroz proces transformacije "kruto-plin-kruto" i rekristalizacije u zatvorenoj grafitnoj komori. Ovaj proces ima dug ciklus rasta, teško ga je kontrolirati i sklon je defektima poput mikrotubula i inkluzija.
- Silicijev karbid uključuje preko 200 različitih kristalnih oblika, ali proizvodnja obično zahtijeva samo jedan kristalni oblik. Tijekom procesa rasta, sklona je transformaciji kristalnog oblika, što rezultira višetipskim inkluzijskim defektima. Tijekom procesa pripreme teško je stabilno kontrolirati jedan specifični kristalni oblik, a barijera pretvorbe energije između različitih kristalnih oblika izuzetno je niska, što povećava poteškoću kontrole. Kontrola parametara i srodna istraživanja tijekom ovog razdoblja zahtijevaju ogromne troškove istraživanja i razvoja, što je također jedan od razloga visoke cijene usklađenog silicijevog karbida.
Vrijeme objave: 03.07.2025.