A PVT módszer, amelynek teljes neve fizikai gőzszállítás, egy elterjedt módszer a szilícium-karbid (Sic)kristályok magas hőmérsékleten és nagy nyomáson. Alapelvük a szilícium-karbid por szublimációig történő hevítése 2300 ℃ feletti hőmérsékleten és alacsony nyomású, vákuumhoz közeli környezetben, aminek következtében reakciógáz képződik, amely gáz halmazállapotú komponenseket, például Si-t, Si2C-t és SiC2-t tartalmaz. A szilárd fázisú szublimációs reakció során képződő Si és C komponensek eltérő gázfázisú parciális nyomása miatt a Si/C sztöchiometrikus arány a hőtér eloszlásával változik. Ezért szabályozni kell a gázfázisú komponensek eloszlását és szállítását, hogy biztosítsák a növekedési kamrában a kívánt kristályosodási pozíciókat.
A rendezetlen gázfázisú kristályosodás és a polikristályos szilícium-karbid képződésének megakadályozása érdekében szilícium-karbid oltókristályokat helyeznek a növekedési kamra tetejére. A gázfázisú túltelítettség hatására a gázfázisú komponensek a oltókristály felületére rakódnak le, szilícium-karbid egykristályokat képezve. A teljes reakciófolyamat egy zárt növekedési kamrában zajlik, ahol a reakciórendszer összes paramétere egymással összefügg. A növekedési körülmények bármilyen ingadozása befolyásolja az egykristályos növekedés stabilitását.
Ezenkívül a szilícium-karbid egykristályok eltérő, szorosan egymáshoz illeszkedő szerkezete a kristályorientációjuk tekintetében különféle atomkapcsolati és kötési módokhoz vezet, így több mint 200 szilícium-karbid izomer kristályformát alkot. A különböző kristályformák közötti energiakonverziós gát rendkívül alacsony, így a PVT egykristály-növekedési rendszerben nagyon valószínű a kristályforma-átalakulás, ami rendezetlen célkristályformákat és különféle kristályosodási hibákat eredményez. Ezért speciális ellenőrző berendezéseket kell használni a kristályforma és a kristályöntet különböző hibáinak kimutatására.
A szilícium-karbid előállítási folyamatának rendkívül magas követelményei vannak, amelyek főként a következő szempontokban nyilvánulnak meg:
- A szilícium-karbid por szintézisének folyamata során számos környezeti szennyeződés fordul elő, ami megnehezíti a nagy tisztaságú por előállítását. A szilícium-karbid por és a reakcióforrásként szolgáló szénpor közötti tökéletlen reakció hajlamos a Si/C arány egyensúlyhiányának felborulására. A szilícium-karbid por kristályformáját és részecskeméretét a szintézis után nehéz szabályozni.
- 2300 ℃ feletti magas hőmérséklet és közel vákuum mellett a szilícium-karbid zárt grafitkamrában „szilárd-gáz-szilárd” átalakuláson és átkristályosodáson megy keresztül. Ez a folyamat hosszú növekedési ciklussal rendelkezik, nehezen szabályozható, és hajlamos a mikrotubulusok és zárványok kialakulására.
- A szilícium-karbid több mint 200 különböző kristályformát tartalmaz, de az előállításához általában csak egyetlen kristályformára van szükség. A növekedési folyamat során hajlamos a kristályforma átalakulása, ami többféle zárványhibát eredményez. Az előállítási folyamat során nehéz egyetlen specifikus kristályformát stabilan szabályozni, és a különböző kristályformák közötti energiaátalakítási gát rendkívül alacsony, ami növeli a szabályozás nehézségét. A paraméterek szabályozása és a kapcsolódó kutatások ebben az időszakban hatalmas K+F költségeket igényelnek, ami egyben az egyik oka a megfelelő szilícium-karbid magas költségének.
Közzététel ideje: 2025. július 3.