Кремний карбидін (SiC) кристалдарын өсірудің PVT әдісінің принципі

Толық атауы Физикалық бу тасымалдау болып табылатын PVT әдісі кремний карбидін өсірудің кең таралған әдісі болып табылады (SiC)жоғары температура мен жоғары қысымдағы кристалдар. Оның негізгі қағидасы - кремний карбиді ұнтағын 2300℃ жоғары температурада және вакуумға жақын төмен қысымды ортада сублимацияға дейін қыздыру, Si, Si2C және SiC2 сияқты газ тәрізді компоненттері бар реакциялық газды қалыптастыру. Қатты фазалы сублимация реакциясы нәтижесінде пайда болған Si және C компоненттерінің газ фазалы парциалды қысымдарының әртүрлі болуына байланысты Si/C стехиометриялық қатынасы жылу өрісінің таралуына байланысты өзгереді. Сондықтан, өсу камерасындағы нақты кристалдану позицияларына жетуін қамтамасыз ету үшін газ фазалы компоненттердің таралуын және тасымалдануын бақылау қажет.

Газ фазасының кристалдануының ретсіздігінің поликристалды кремний карбидін түзуіне жол бермеу үшін кремний карбиді тұқымының кристалдары өсу камерасының жоғарғы жағына орналастырылады. Газ фазасының асқын қанығуының әсерінен газ фазасының компоненттері тұқым кристалының бетіне түсіп, кремний карбидінің монокристалдарын түзеді. Барлық реакция процесі реакция жүйесінің барлық параметрлері бір-бірімен байланысқан жабық өсу камерасында жүреді. Өсу жағдайындағы кез келген ауытқу монокристалл өсуінің тұрақтылығына әсер етеді.

Сонымен қатар, кремний карбидінің монокристалдарының кристалдық бағдары бойынша әртүрлі тығыз орналасқан құрылымдары әртүрлі атомдық қосылу және байланыс әдістеріне әкеледі, осылайша кремний карбидінің изомерлерінің 200-ден астам кристалдық формаларын түзеді. Әртүрлі кристалдық формалар арасындағы энергия түрлендіру кедергісі өте төмен, сондықтан PVT монокристалл өсу жүйесінде кристалдық форманың түрленуі орын алуы мүмкін, бұл ретте нысана кристалдық формаларының ретсіздігі және әртүрлі кристалдану ақаулары пайда болады. Сондықтан кристалдық форманы және кристалдық құйманың әртүрлі ақауларын анықтау үшін арнайы тексеру жабдықтарын пайдалану қажет.

Кремний карбидін дайындау процесі өте жоғары талаптарға ие, негізінен келесі аспектілерде көрінеді:

• Кремний карбиді ұнтағын синтездеу процесінде көптеген қоршаған орта қоспалары бар, бұл жоғары тазалықтағы ұнтақты алуды қиындатады. Реакция көзі ретіндегі кремний ұнтағы мен көміртегі ұнтағы арасындағы толық емес реакция Si/C қатынасында теңгерімсіздік тудыруы мүмкін. Синтезден кейінгі кремний карбиді ұнтағының кристалдық пішіні мен бөлшектерінің өлшемін бақылау қиын.
• 2300℃ жоғары температура және вакуумға жақын температура жағдайында кремний карбиді жабық графит камерасында «қатты-газ-қатты» түрлендіру және қайта кристалдану процесінен өтеді. Бұл процестің өсу циклі ұзақ, бақылау қиын және микротүтікшелер мен қосындылар сияқты ақауларға бейім.
• Кремний карбиді 200-ден астам әртүрлі кристалдық формаларды қамтиды, бірақ өндіріс әдетте тек бір кристалдық форманы қажет етеді. Өсу процесінде кристалдық форманың трансформациясы орын алуы мүмкін, бұл көп типті қосу ақауларына әкеледі. Дайындау процесінде бір нақты кристалдық форманы тұрақты басқару қиын, ал әртүрлі кристалдық формалар арасындағы энергия түрлендіру кедергісі өте төмен, бұл бақылаудың қиындығын арттырады. Осы кезеңдегі параметрлерді басқару және онымен байланысты зерттеулер үлкен ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыстарды қажет етеді, бұл да сәйкес кремний карбидінің жоғары құнының себептерінің бірі.