Sejak ditemukan, silikon karbida telah menarik perhatian luas. Silikon karbida terdiri 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. Sebaliknya, atom Si juga dapat dianggap sebagai pusat tetrahedron, sehingga membentuk SiC4 atau CSi4. Struktur tetrahedral. Ikatan kovalen dalam SiC sangat ionik, dan energi ikatan silikon-karbon sangat tinggi, sekitar 4,47eV. Karena energi kesalahan penumpukan yang rendah, kristal silikon karbida dengan mudah membentuk berbagai politipe selama proses pertumbuhan. Ada lebih dari 200 politipe yang diketahui, yang dapat dibagi menjadi tiga kategori utama: kubik, heksagonal, dan trigonal.
Saat ini, metode utama pertumbuhan kristal SiC meliputi Metode Pengangkutan Uap Fisik (metode PVT), Deposisi Uap Kimia Suhu Tinggi (metode HTCVD), Metode Fase Cair, dll. Di antara semuanya, metode PVT lebih matang dan lebih cocok untuk produksi massal industri.
Metode PVT mengacu pada penempatan kristal benih SiC di atas wadah peleburan, dan penempatan bubuk SiC sebagai bahan baku di bagian bawah wadah peleburan. Dalam lingkungan tertutup dengan suhu tinggi dan tekanan rendah, bubuk SiC menyublim dan bergerak ke atas di bawah aksi gradien suhu dan perbedaan konsentrasi. Metode pengangkutannya ke sekitar kristal benih dan kemudian mengkristalkannya kembali setelah mencapai keadaan jenuh. Metode ini dapat mencapai pertumbuhan ukuran kristal SiC dan bentuk kristal tertentu yang terkendali.
Namun, penggunaan metode PVT untuk menumbuhkan kristal SiC mengharuskan selalu menjaga kondisi pertumbuhan yang tepat selama proses pertumbuhan jangka panjang, jika tidak maka akan menyebabkan ketidakteraturan kisi, sehingga memengaruhi kualitas kristal. Namun, pertumbuhan kristal SiC diselesaikan dalam ruang tertutup. Ada beberapa metode pemantauan yang efektif dan banyak variabel, sehingga kontrol proses menjadi sulit.
Dalam proses pertumbuhan kristal SiC dengan metode PVT, mode pertumbuhan aliran bertahap (Step Flow Growth) dianggap sebagai mekanisme utama untuk pertumbuhan bentuk kristal tunggal yang stabil.
Atom Si dan atom C yang menguap akan lebih memilih untuk berikatan dengan atom permukaan kristal pada titik tekuk, di mana atom-atom tersebut akan berinti dan tumbuh, yang 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 menghancurkan mode pertumbuhan aliran langkah, yang mengakibatkan hilangnya informasi struktur kristal 4H, yang mengakibatkan banyak cacat. Oleh karena itu, penyesuaian parameter proses harus mencapai kontrol struktur langkah permukaan, sehingga menekan pembentukan cacat polimorfik, mencapai tujuan untuk memperoleh bentuk kristal tunggal, dan akhirnya menyiapkan kristal berkualitas tinggi.
Sebagai metode pertumbuhan kristal SiC yang paling awal dikembangkan, metode transportasi uap fisik 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, pengendalian yang kuat, penelitian pengembangan yang relatif menyeluruh, dan telah mencapai aplikasi industri. Keuntungan dari metode HTCVD adalah dapat menumbuhkan wafer semi-isolasi konduktif (n, p) dan kemurnian tinggi, dan dapat mengontrol konsentrasi doping sehingga konsentrasi pembawa dalam wafer dapat disesuaikan antara 3×1013~5×1019/cm3. Kerugiannya 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 mendatang dan kemungkinan akan menjadi titik terobosan baru dalam pertumbuhan kristal SiC.
Waktu posting: 16-Apr-2024