מאז גילויו, סיליקון קרביד משך תשומת לב רבה. סיליקון קרביד מורכב מחצי אטומי סיליקון וחצי אטומי פחמן, המחוברים בקשרים קוולנטיים באמצעות זוגות אלקטרונים החולקים אורביטלים היברידיים sp3. ביחידה המבנית הבסיסית של הגביש החד-יחיד שלו, ארבעה אטומי סיליקון מסודרים במבנה טטרהדרוני רגיל, ואטום הפחמן ממוקם במרכז הטטרהדרון הרגיל. לעומת זאת, ניתן להתייחס גם לאטום ה-Si כמרכז הטטרהדרון, ובכך ליצור SiC4 או CSi4. מבנה טטרהדרוני. הקשר הקוולנטי ב-SiC הוא יוני מאוד, ואנרגיית הקשר סיליקון-פחמן גבוהה מאוד, כ-4.47eV. בשל אנרגיית השבר הנמוכה של הערימה, גבישי סיליקון קרביד יוצרים בקלות פוליטיפים שונים במהלך תהליך הגידול. ישנם יותר מ-200 פוליטיפים ידועים, אותם ניתן לחלק לשלוש קטגוריות עיקריות: קובי, משושה וטריגונליים.
כיום, שיטות הגידול העיקריות של גבישי SiC כוללות שיטת הובלת אדים פיזיקלית (שיטת PVT), שקיעת אדים כימית בטמפרטורה גבוהה (שיטת HTCVD), שיטת הפאזה הנוזלית ועוד. ביניהן, שיטת PVT היא בוגרת יותר ומתאימה יותר לייצור המוני תעשייתי.
שיטת PVT מתייחסת להנחת גבישי זרעי SiC בחלק העליון של כור ההיתוך, והנחת אבקת SiC כחומר גלם בתחתית כור ההיתוך. בסביבה סגורה של טמפרטורה גבוהה ולחץ נמוך, אבקת ה-SiC מתעבה ונעה כלפי מעלה תחת פעולת גרדיאנט הטמפרטורה והפרש הריכוזים. שיטה זו מאפשרת העברתה לסביבת גביש הזרעים ולאחר מכן התגבשותה מחדש לאחר שהגיעה למצב רווי-על. שיטה זו יכולה להשיג צמיחה מבוקרת של גודל גביש ה-SiC וצורות גביש ספציפיות.
עם זאת, שימוש בשיטת PVT לגידול גבישי SiC דורש שמירה תמידית על תנאי גידול מתאימים במהלך תהליך הגידול ארוך הטווח, אחרת הדבר יוביל להפרעה בסריג, ובכך יפגע באיכות הגביש. עם זאת, גידול גבישי ה-SiC מתבצע בחלל סגור. ישנן מעט שיטות ניטור יעילות ומשתנים רבים, ולכן בקרת התהליך קשה.
בתהליך גידול גבישי SiC בשיטת PVT, מצב גידול הזרימה המדורגת (Step Flow Growth) נחשב למנגנון העיקרי לגידול יציב של צורת גביש יחיד.
אטומי ה-Si ואטומי ה-C המאודים יקשרו באופן עדיף עם אטומי פני השטח של הגביש בנקודת הקינק, שם הם יתגרענו ויגדלו, מה שיגרום לכל שלב לזרום קדימה במקביל. כאשר רוחב השלב על פני הגביש עולה בהרבה על המסלול החופשי של דיפוזיה של אדאטומים, מספר רב של אדאטומים עלול להצטבר, ומצב הצמיחה הדו-ממדי דמוי האי שנוצר יהרוס את מצב הצמיחה של זרימת השלבים, וכתוצאה מכך אובדן מידע על מבנה הגביש 4H, וכתוצאה מכך פגמים מרובים. לכן, התאמת פרמטרי התהליך חייבת להשיג שליטה במבנה השלבים על פני השטח, ובכך לדכא את יצירת הפגמים הפולימורפיים, להשיג את המטרה של קבלת צורת גביש יחידה, ובסופו של דבר להכין גבישים באיכות גבוהה.
כשיטת גידול גבישי SiC המוקדמת ביותר שפותחה, שיטת הובלת אדים פיזיקלית היא כיום שיטת הגידול הנפוצה ביותר לגידול גבישי SiC. בהשוואה לשיטות אחרות, לשיטה זו דרישות נמוכות יותר לציוד גידול, תהליך גידול פשוט, יכולת בקרה חזקה, מחקר פיתוח מעמיק יחסית, וכבר השיגה יישום תעשייתי. היתרון של שיטת HTCVD הוא שהיא יכולה לגדל פרוסות מוליכות (n, p) ובעלות טוהר גבוה למחצה, ויכולה לשלוט בריכוז הסימום כך שריכוז הנשא בפרוסת הוופל יהיה מתכוונן בין 3×1013~5×1019/cm3. החסרונות הם סף טכני גבוה ונתח שוק נמוך. ככל שטכנולוגיית גידול גבישי SiC בפאזה נוזלית תמשיך להתבגר, היא תציג פוטנציאל גדול בקידום תעשיית ה-SiC כולה בעתיד וסביר להניח שתהיה נקודת פריצת דרך חדשה בגידול גבישי SiC.
זמן פרסום: 16 באפריל 2024