Il metodo PVT, il cui nome completo è Physical Vapor Transportation, è un metodo comune per la crescita del carburo di silicio (SiCLa crescita di cristalli avviene ad alta temperatura e alta pressione. Il principio di base consiste nel riscaldare la polvere di carburo di silicio fino alla sublimazione a una temperatura superiore a 2300 °C e in un ambiente a bassa pressione, prossimo al vuoto, formando un gas di reazione contenente componenti gassosi come Si, Si2C e SiC2. A causa delle diverse pressioni parziali in fase gassosa dei componenti Si e C formatisi dalla reazione di sublimazione in fase solida, il rapporto stechiometrico Si/C varia con la distribuzione del campo termico. Pertanto, è necessario controllare la distribuzione e il trasporto dei componenti in fase gassosa per garantire che raggiungano le posizioni di cristallizzazione specifiche nella camera di crescita.
Per evitare che la cristallizzazione disordinata in fase gassosa porti alla formazione di carburo di silicio policristallino, i cristalli seme di carburo di silicio vengono posizionati nella parte superiore della camera di crescita. Sotto l'azione della sovrasaturazione in fase gassosa, i componenti gassosi si depositano sulla superficie del cristallo seme per formare monocristalli di carburo di silicio. L'intero processo di reazione si svolge in una camera di crescita chiusa, dove tutti i parametri del sistema di reazione sono interconnessi. Qualsiasi fluttuazione nelle condizioni di crescita influisce sulla stabilità della crescita del monocristallo.
Inoltre, le diverse strutture compatte dei monocristalli di carburo di silicio, in termini di orientamento cristallino, determinano vari metodi di connessione e legame atomico, formando così più di 200 forme cristalline di isomeri del carburo di silicio. La barriera di conversione energetica tra le diverse forme cristalline è estremamente bassa, pertanto è molto probabile che si verifichi una trasformazione della forma cristallina nel sistema di crescita di monocristalli PVT, con conseguente formazione di forme cristalline target disordinate e vari difetti di cristallizzazione. Pertanto, è necessario utilizzare apparecchiature di ispezione dedicate per rilevare la forma cristallina e i vari difetti del lingotto di cristallo.
Il processo di preparazione del carburo di silicio presenta requisiti estremamente elevati, che si manifestano principalmente nei seguenti aspetti:
- Nel processo di sintesi della polvere di carburo di silicio sono presenti numerose impurità ambientali, il che rende difficile ottenere una polvere ad elevata purezza. La reazione incompleta tra la polvere di silicio e la polvere di carbonio, utilizzata come reagente, può causare uno squilibrio nel rapporto Si/C. La forma cristallina e la granulometria della polvere di carburo di silicio dopo la sintesi sono difficili da controllare.
- In condizioni di alta temperatura, superiore a 2300 °C, e di quasi vuoto, il carburo di silicio subisce una trasformazione "solido-gas-solido" e un processo di ricristallizzazione all'interno di una camera di grafite chiusa. Questo processo presenta un lungo ciclo di crescita, è difficile da controllare ed è soggetto alla formazione di difetti quali microtubuli e inclusioni.
- Il carburo di silicio comprende oltre 200 diverse forme cristalline, ma la produzione richiede solitamente solo una di esse. Durante il processo di crescita, è probabile che si verifichino trasformazioni della forma cristallina, con conseguente formazione di difetti di inclusione di vario tipo. Durante il processo di preparazione, è difficile controllare in modo stabile una singola forma cristallina specifica, e la barriera di conversione energetica tra le diverse forme cristalline è estremamente bassa, il che aumenta la difficoltà di controllo. Il controllo dei parametri e la relativa ricerca in questo periodo richiedono ingenti costi di ricerca e sviluppo, che rappresentano anche uno dei motivi dell'elevato costo del carburo di silicio conformabile.
Data di pubblicazione: 3 luglio 2025