აღმოჩენის შემდეგ, სილიციუმის კარბიდმა ფართო ყურადღება მიიპყრო. სილიციუმის კარბიდი შედგება ნახევრად Si და ნახევრად C ატომებისგან, რომლებიც ერთმანეთთან დაკავშირებულია კოვალენტური ბმებით ელექტრონული წყვილების მეშვეობით, რომლებიც sp3 ჰიბრიდულ ორბიტალებს იზიარებენ. მისი ერთკრისტალის ძირითად სტრუქტურულ ერთეულში, ოთხი Si ატომი განლაგებულია რეგულარულ ტეტრაედრულ სტრუქტურაში, ხოლო C ატომი მდებარეობს რეგულარული ტეტრაედრის ცენტრში. პირიქით, Si ატომი ასევე შეიძლება ჩაითვალოს ტეტრაედრის ცენტრად, რითაც წარმოიქმნება SiC4 ან CSi4. ტეტრაედრული სტრუქტურა. SiC-ში კოვალენტური ბმა მაღალიონურია, ხოლო სილიციუმ-ნახშირბადის ბმის ენერგია ძალიან მაღალია, დაახლოებით 4.47 eV. დაბალი დაწყობის რღვევის ენერგიის გამო, სილიციუმის კარბიდის კრისტალები ადვილად ქმნიან სხვადასხვა პოლიტიპს ზრდის პროცესში. არსებობს 200-ზე მეტი ცნობილი პოლიტიპი, რომლებიც შეიძლება დაიყოს სამ ძირითად კატეგორიად: კუბური, ექვსკუთხა და სამკუთხა.
ამჟამად, SiC კრისტალების ზრდის ძირითადი მეთოდებია ფიზიკური ორთქლის ტრანსპორტირების მეთოდი (PVT მეთოდი), მაღალტემპერატურული ქიმიური ორთქლის დალექვის მეთოდი (HTCVD მეთოდი), თხევადი ფაზის მეთოდი და ა.შ. მათ შორის, PVT მეთოდი უფრო განვითარებულია და უფრო შესაფერისია სამრეწველო მასობრივი წარმოებისთვის.
ე.წ. PVT მეთოდი გულისხმობს SiC-ის საწყისი კრისტალების ტიგანის თავზე განთავსებას და SiC ფხვნილის, როგორც ნედლეულის, ტიგანის ძირში განთავსებას. მაღალი ტემპერატურისა და დაბალი წნევის დახურულ გარემოში, SiC ფხვნილი სუბლიმირდება და მოძრაობს ზემოთ ტემპერატურის გრადიენტისა და კონცენტრაციის სხვაობის ზემოქმედებით. მეთოდი, რომლის დროსაც იგი გადააქვთ საწყისი კრისტალის მახლობლად და შემდეგ ზეგაჯერებული მდგომარეობის მიღწევის შემდეგ ხელახლა კრისტალიზაციას ახდენს. ამ მეთოდით შესაძლებელია SiC კრისტალის ზომისა და სპეციფიკური კრისტალური ფორმების კონტროლირებადი ზრდის მიღწევა.
თუმცა, SiC კრისტალების გასაზრდელად PVT მეთოდის გამოყენება მოითხოვს ზრდის შესაბამისი პირობების შენარჩუნებას ხანგრძლივი ზრდის პროცესის განმავლობაში, წინააღმდეგ შემთხვევაში ეს გამოიწვევს ბადისებრი სტრუქტურის დარღვევას, რაც გავლენას მოახდენს კრისტალის ხარისხზე. თუმცა, SiC კრისტალების ზრდა სრულდება დახურულ სივრცეში. არსებობს მონიტორინგის რამდენიმე ეფექტური მეთოდი და მრავალი ცვლადი, ამიტომ პროცესის კონტროლი რთულია.
SiC კრისტალების PVT მეთოდით ზრდის პროცესში, ეტაპობრივი ნაკადის ზრდის რეჟიმი (Step Flow Growth) ითვლება ერთკრისტალური ფორმის სტაბილური ზრდის მთავარ მექანიზმად.
აორთქლებული Si და C ატომები უპირატესად დაუკავშირდებიან კრისტალის ზედაპირის ატომებს გადახრის წერტილში, სადაც ისინი ბირთვის წარმოქმნას და ზრდას დაიწყებენ, რაც იწვევს თითოეული საფეხურის პარალელურად წინსვლას. როდესაც კრისტალის ზედაპირზე საფეხურის სიგანე მნიშვნელოვნად აღემატება ადატომების დიფუზიის თავისუფალ გზას, ადატომების დიდი რაოდენობა შეიძლება აგლომერირდეს და წარმოქმნილი ორგანზომილებიანი კუნძულის მსგავსი ზრდის რეჟიმი გაანადგურებს საფეხურის ნაკადის ზრდის რეჟიმს, რაც გამოიწვევს 4H კრისტალური სტრუქტურის ინფორმაციის დაკარგვას, რაც გამოიწვევს მრავალჯერადი დეფექტების წარმოქმნას. ამიტომ, პროცესის პარამეტრების რეგულირებით უნდა მიღწეულ იქნას ზედაპირის საფეხურის სტრუქტურის კონტროლი, რითაც ჩახშობილია პოლიმორფული დეფექტების წარმოქმნა, მიღწეული იქნება ერთკრისტალური ფორმის მიღების მიზანი და საბოლოოდ მომზადდება მაღალი ხარისხის კრისტალები.
როგორც SiC კრისტალების ზრდის ყველაზე ადრეული შემუშავებული მეთოდი, ფიზიკური ორთქლის ტრანსპორტირების მეთოდი ამჟამად SiC კრისტალების გასაზრდელად ყველაზე გავრცელებული ზრდის მეთოდია. სხვა მეთოდებთან შედარებით, ამ მეთოდს აქვს ზრდის აღჭურვილობის დაბალი მოთხოვნები, მარტივი ზრდის პროცესი, ძლიერი კონტროლირებადობა, შედარებით საფუძვლიანი განვითარების კვლევა და უკვე მიაღწია სამრეწველო გამოყენებას. HTCVD მეთოდის უპირატესობა ის არის, რომ მას შეუძლია გამტარი (n, p) და მაღალი სისუფთავის ნახევრად იზოლირებული ვაფლების გაზრდა და შეუძლია დოპინგის კონცენტრაციის კონტროლი ისე, რომ ვაფლში მატარებლის კონცენტრაცია რეგულირებადი იყოს 3×1013~5×1019/სმ3-ს შორის. ნაკლოვანებებია მაღალი ტექნიკური ზღვარი და დაბალი საბაზრო წილი. რადგან თხევადფაზიანი SiC კრისტალების ზრდის ტექნოლოგია აგრძელებს განვითარებას, ის მომავალში დიდ პოტენციალს აჩვენებს მთელი SiC ინდუსტრიის წინსვლისთვის და, სავარაუდოდ, SiC კრისტალების ზრდის ახალ გარღვევას წარმოადგენს.
გამოქვეყნების დრო: 2024 წლის 16 აპრილი