PVT(Physical Vapor Transportation) 방법은 탄화규소를 성장시키는 데 일반적으로 사용되는 방법입니다.SiC고온·고압 조건에서 실리콘 카바이드(SiC) 결정을 성장시키는 기술입니다. 기본 원리는 2300℃ 이상의 고온과 진공에 가까운 저압 환경에서 실리콘 카바이드 분말을 가열하여 승화시키는 것입니다. 이 과정에서 Si, Si₂C, SiC₂와 같은 기체 성분을 포함하는 반응 가스가 생성됩니다. 고상 승화 반응으로 생성된 Si와 C 기체 성분의 부분 압력이 다르기 때문에 Si/C의 화학양론적 비율은 열 분포에 따라 달라집니다. 따라서 기체 성분들이 성장 챔버 내의 특정 결정화 위치에 도달하도록 분포 및 이동을 제어하는 것이 중요합니다.
불규칙적인 기상 결정화로 인한 다결정 탄화규소 형성을 방지하기 위해, 성장 챔버 상단에 탄화규소 종자 결정을 배치합니다. 기상 과포화 상태에 따라 기상 성분들이 종자 결정 표면에 침착되어 탄화규소 단결정을 형성합니다. 전체 반응 과정은 밀폐된 성장 챔버 내에서 진행되며, 반응 시스템의 모든 변수는 서로 연동됩니다. 따라서 성장 조건의 변동은 단결정 성장의 안정성에 영향을 미칩니다.
또한, 탄화규소 단결정의 결정 배향에 따른 다양한 밀집 구조는 다양한 원자 연결 및 결합 방식을 유발하여 200가지 이상의 탄화규소 이성질체 결정 형태를 형성합니다. 서로 다른 결정 형태 간의 에너지 변환 장벽이 매우 낮기 때문에 PVT 단결정 성장 시스템에서는 결정 형태 변환이 발생할 가능성이 매우 높으며, 이는 불규칙한 목표 결정 형태 및 다양한 결정화 결함을 초래합니다. 따라서 결정 잉곳의 결정 형태 및 각종 결함을 검출하기 위해서는 전용 검사 장비를 사용하는 것이 필수적입니다.
탄화규소의 제조 공정은 매우 높은 요구 조건을 필요로 하며, 이는 주로 다음과 같은 측면에서 나타납니다.
- 탄화규소 분말 합성 과정에는 환경 불순물이 많아 고순도 분말을 얻기 어렵습니다. 반응원으로 사용된 탄소 분말과 규소 분말 사이의 반응이 불완전하여 Si/C 비율의 불균형이 발생하기 쉽습니다. 또한, 합성 후 탄화규소 분말의 결정 형태와 입자 크기를 제어하기 어렵습니다.
- 2300℃ 이상의 고온 및 거의 진공 상태에서, 탄화규소는 밀폐된 흑연 챔버 내에서 "고체-기체-고체" 변환 및 재결정 과정을 거칩니다. 이 과정은 성장 주기가 길고 제어가 어려우며, 미세소관 및 개재물과 같은 결함이 발생하기 쉽습니다.
- 탄화규소는 200가지가 넘는 다양한 결정 형태를 가지고 있지만, 생산에는 일반적으로 한 가지 결정 형태만 필요합니다. 성장 과정에서 결정 형태 변환이 발생하기 쉬우며, 이로 인해 다양한 종류의 불순물이 혼입될 수 있습니다. 제조 과정에서 특정 결정 형태 하나를 안정적으로 제어하는 것은 어렵고, 서로 다른 결정 형태 간의 에너지 변환 장벽이 매우 낮아 제어가 더욱 어려워집니다. 이러한 과정에서의 매개변수 제어 및 관련 연구에는 막대한 연구 개발 비용이 소요되며, 이는 유연한 탄화규소의 높은 가격의 주요 원인 중 하나입니다.
게시 시간: 2025년 7월 3일