Felfedezése óta a szilícium-karbid széles körű figyelmet kapott. A szilícium-karbid fele részben Si-atomokból, fele részben C-atomokból áll, amelyeket kovalens kötések kötnek össze sp3 hibrid pályákon keresztül. Egykristályának alap szerkezeti egységében négy Si-atom szabályos tetraéderes szerkezetben helyezkedik el, és a C-atom a szabályos tetraéder középpontjában helyezkedik el. Fordítva, a Si-atom a tetraéder középpontjának is tekinthető, így SiC4-et vagy CSi4-et alkot. Tetraéderes szerkezet. A SiC-ben a kovalens kötés erősen ionos, és a szilícium-szén kötés energiája nagyon magas, körülbelül 4,47 eV. Az alacsony rétegződési hibaenergia miatt a szilícium-karbid kristályok a növekedési folyamat során könnyen képeznek különféle politípusokat. Több mint 200 ismert politípus létezik, amelyek három fő kategóriába sorolhatók: köbös, hatszögletű és trigonális.
Jelenleg a SiC kristályok főbb növekedési módszerei közé tartozik a fizikai gőzszállítási módszer (PVT-módszer), a magas hőmérsékletű kémiai gőzleválasztás (HTCVD-módszer) és a folyadékfázisú módszer. Ezek közül a PVT-módszer érettebb és alkalmasabb ipari tömegtermelésre.
Az úgynevezett PVT-módszer során SiC oltókristályokat helyeznek az olvasztótégely tetejére, és SiC port nyersanyagként az olvasztótégely aljára. Magas hőmérsékletű és alacsony nyomású zárt környezetben a SiC por szublimál, és a hőmérséklet-gradiens és a koncentrációkülönbség hatására felfelé mozog. Ez egy olyan módszer, amelynek során a oltókristály közelébe szállítják, majd túltelített állapot elérése után újrakristályosítják. Ez a módszer a SiC kristályméret és specifikus kristályformák szabályozott növekedését teszi lehetővé.
A SiC kristályok PVT-módszerrel történő növesztése azonban megköveteli a megfelelő növekedési feltételek fenntartását a hosszú távú növekedési folyamat során, különben rácsrendezetlenséghez vezet, ami befolyásolja a kristály minőségét. A SiC kristályok növekedése azonban zárt térben megy végbe. Kevés hatékony monitorozási módszer és sok változó áll rendelkezésre, így a folyamatszabályozás nehézkes.
A SiC kristályok PVT módszerrel történő növesztésének folyamatában a lépésenkénti növekedési módot (Step Flow Growth) tekintik az egykristályos forma stabil növekedésének fő mechanizmusának.
Az elpárologtatott Si-atomok és C-atomok előnyösen kötődnek a kristályfelületi atomokhoz a töréspontnál, ahol nukleálnak és növekednek, aminek következtében minden egyes lépés párhuzamosan halad előre. Amikor a kristályfelületen a lépésszélesség messze meghaladja az adatomok diffúziómentes útját, nagyszámú adatom agglomerálódhat, és a kialakult kétdimenziós szigetszerű növekedési mód tönkreteszi a lépéses áramlási növekedési módot, ami a 4H kristályszerkezeti információ elvesztéséhez vezet, és többszörös hibákat eredményez. Ezért a folyamatparaméterek beállításával kell elérni a felületi lépéses szerkezet szabályozását, ezáltal elnyomva a polimorf hibák kialakulását, elérve az egykristályos forma előállításának célját, és végül kiváló minőségű kristályokat előállítva.
A legkorábban kifejlesztett SiC kristálynövekedési módszerként a fizikai gőzszállítási módszer jelenleg a legelterjedtebb növekedési módszer a SiC kristályok növesztésére. Más módszerekkel összehasonlítva ez a módszer alacsonyabb növekedési berendezési követelményeket, egyszerű növekedési folyamatot, erős szabályozhatóságot, viszonylag alapos fejlesztési kutatást igényel, és már elérte az ipari alkalmazást. A HTCCVD módszer előnye, hogy vezetőképes (n, p) és nagy tisztaságú félszigetelő ostyák növesztésére alkalmas, és szabályozható a doppingkoncentráció, így a ostyában lévő hordozókoncentráció 3×1013~5×1019/cm3 között állítható. A hátrányok a magas technikai küszöbérték és az alacsony piaci részesedés. Ahogy a folyadékfázisú SiC kristálynövekedési technológia folyamatosan fejlődik, nagy potenciált mutat a teljes SiC iparág fejlődésében a jövőben, és valószínűleg új áttörést jelent a SiC kristálynövekedésben.
Közzététel ideje: 2024. április 16.