Sejak penemuannya, silikon karbida telah menarik perhatian luas. Silikon karbida tersusun dari setengah atom Si dan setengah atom C, yang dihubungkan oleh ikatan kovalen melalui pasangan elektron yang berbagi orbital hibrida sp3. Dalam unit struktur dasar kristal tunggalnya, empat atom Si tersusun dalam struktur tetrahedral beraturan, dan atom C terletak di pusat tetrahedron beraturan tersebut. Sebaliknya, atom Si juga dapat dianggap sebagai pusat tetrahedron, sehingga membentuk struktur tetrahedral SiC4 atau CSi4. Ikatan kovalen dalam SiC sangat ionik, dan energi ikatan silikon-karbon sangat tinggi, sekitar 4,47 eV. Karena energi kesalahan penumpukan yang rendah, kristal silikon karbida mudah membentuk berbagai polimorf selama proses pertumbuhan. Terdapat lebih dari 200 polimorf yang diketahui, yang dapat dibagi menjadi tiga kategori utama: kubik, heksagonal, dan trigonal.
Saat ini, metode pertumbuhan utama kristal SiC meliputi Metode Transport Uap Fisik (metode PVT), Deposisi Uap Kimia Suhu Tinggi (metode HTCVD), Metode Fase Cair, dan lain-lain. Di antara metode-metode tersebut, metode PVT lebih matang dan lebih cocok untuk produksi massal industri.
Metode yang disebut PVT mengacu pada penempatan kristal benih SiC di bagian atas krusibel, dan penempatan bubuk SiC sebagai bahan baku di bagian bawah krusibel. Dalam lingkungan tertutup dengan suhu tinggi dan tekanan rendah, bubuk SiC menyublim dan bergerak ke atas di bawah pengaruh gradien suhu dan perbedaan konsentrasi. Metode ini mengangkutnya ke sekitar kristal benih dan kemudian merekristalisasinya setelah mencapai keadaan lewat jenuh. Metode ini dapat mencapai pertumbuhan ukuran kristal SiC dan bentuk kristal tertentu yang terkontrol.
Namun, penggunaan metode PVT untuk menumbuhkan kristal SiC selalu membutuhkan pemeliharaan kondisi pertumbuhan yang tepat selama proses pertumbuhan jangka panjang, jika tidak akan menyebabkan gangguan kisi, sehingga memengaruhi kualitas kristal. Namun, pertumbuhan kristal SiC dilakukan di ruang tertutup. Terdapat sedikit metode pemantauan yang efektif dan banyak variabel, sehingga pengendalian proses menjadi sulit.
Dalam proses pertumbuhan kristal SiC dengan metode PVT, mode pertumbuhan aliran bertahap (Step Flow Growth) dianggap sebagai mekanisme utama untuk pertumbuhan stabil bentuk kristal tunggal.
Atom Si dan atom C yang menguap akan lebih cenderung berikatan dengan atom permukaan kristal pada titik tekukan, di mana mereka akan berinti dan tumbuh, menyebabkan setiap langkah mengalir maju secara paralel. Ketika lebar langkah pada permukaan kristal jauh melebihi jalur bebas difusi adatom, sejumlah besar adatom dapat menggumpal, dan mode pertumbuhan seperti pulau dua dimensi yang terbentuk akan merusak mode pertumbuhan aliran langkah, mengakibatkan hilangnya informasi struktur kristal 4H, sehingga menghasilkan banyak cacat. Oleh karena itu, penyesuaian parameter proses harus mencapai kontrol struktur langkah permukaan, sehingga menekan pembentukan cacat polimorfik, mencapai tujuan memperoleh bentuk kristal tunggal, dan pada akhirnya menghasilkan kristal berkualitas tinggi.
Sebagai metode pertumbuhan kristal SiC yang dikembangkan paling awal, metode transport uap fisik (PVD) saat ini merupakan metode pertumbuhan yang paling umum untuk menumbuhkan kristal SiC. Dibandingkan dengan metode lain, metode ini memiliki persyaratan yang lebih rendah untuk peralatan pertumbuhan, proses pertumbuhan yang sederhana, kontrol yang kuat, penelitian pengembangan yang relatif menyeluruh, dan telah mencapai aplikasi industri. Keunggulan metode HTCVD adalah dapat menumbuhkan wafer konduktif (n, p) dan semi-isolasi dengan kemurnian tinggi, dan dapat mengontrol konsentrasi doping sehingga konsentrasi pembawa muatan dalam wafer dapat disesuaikan antara 3×10¹³~5×10¹⁹/cm³. Kekurangannya adalah ambang batas teknis yang tinggi dan pangsa pasar yang rendah. Seiring dengan semakin matangnya teknologi pertumbuhan kristal SiC fase cair, teknologi ini akan menunjukkan potensi besar dalam memajukan seluruh industri SiC di masa depan dan kemungkinan akan menjadi titik terobosan baru dalam pertumbuhan kristal SiC.
Waktu posting: 16 April 2024