Wuesstem vu SiC Siliziumcarbid Eenzelkristall

Zënter senger Entdeckung huet Siliziumcarbid vill Opmierksamkeet op sech gezunn. Siliziumcarbid besteet aus hallwe Si-Atomer an hallwe C-Atomer, déi duerch kovalent Bindungen duerch Elektronepaar verbonne sinn, déi sech sp3-Hybridorbitaler deelen. An der Basisstruktureenheet vu sengem Eenzelkristall sinn véier Si-Atomer an enger regulärer tetraederescher Struktur arrangéiert, an d'C-Atom ass am Zentrum vum reguläre Tetraeder. Am Géigendeel kann d'Si-Atom och als Zentrum vum Tetraeder ugesi ginn, wouduerch SiC4 oder CSi4 entsteet. Tetraederesch Struktur. Déi kovalent Bindung am SiC ass héich ionesch, an d'Silizium-Kuelestoff-Bindungsenergie ass ganz héich, ongeféier 4,47 eV. Wéinst der gerénger Stapelfehlerenergie bilden Siliziumcarbidkristaller während dem Wuessprozess liicht verschidde Polytypen. Et gi méi wéi 200 bekannt Polytypen, déi an dräi Haaptkategorien opgedeelt kënne ginn: kubesch, hexagonal an trigonal.

Aktuell sinn déi wichtegst Wuessmethoden fir SiC-Kristaller d'Physikalesch Damptransportmethod (PVT-Method), d'Héichtemperaturchemesch Dampoflagerung (HTCVD-Method), d'Flëssegkeetsphasenmethod, etc. Dorënner ass d'PVT-Method méi reif a besser gëeegent fir d'industriell Masseproduktioun.

Déi sougenannt PVT-Method bezitt sech op d'Plazéiere vu SiC-Somkristaller uewen am Tiegel, an d'Plazéiere vu SiC-Pulver als Rohmaterial um Buedem vum Tiegel. An enger zouener Ëmwelt mat héijer Temperatur an niddregem Drock subliméiert de SiC-Pulver a beweegt sech no uewen ënner der Aktioun vum Temperaturgradient an der Konzentratiounsdifferenz. Eng Method fir en an d'Géigend vum Siemkristall ze transportéieren an en dann nei ze kristalliséieren, nodeems en en iwwersättigten Zoustand erreecht huet. Dës Method kann e kontrolléiert Wuesstum vun der SiC-Kristallgréisst a spezifesche Kristallformen erreechen.
Wéi och ëmmer, d'Benotzung vun der PVT-Method fir SiC-Kristaller ze wuessen erfuerdert ëmmer déi entspriechend Wuestumsbedingungen während dem laangfristege Wuestumsprozess ze erhalen, soss féiert et zu Gitterstéierungen, déi d'Qualitéit vum Kristall beaflossen. Wéi och ëmmer, d'Wuestum vu SiC-Kristaller fënnt an engem zouenen Raum statt. Et gëtt wéineg effektiv Iwwerwaachungsmethoden a vill Variabelen, sou datt d'Prozesskontroll schwéier ass.

Beim Prozess vum Wuesstum vu SiC-Kristaller mat der PVT-Method gëtt de Schrëtt-fir-Schrëtt-Wuesstumsmodus (Step Flow Growth) als den Haaptmechanismus fir dat stabilt Wuesstum vun enger Eenkristallform ugesinn.
Déi verdampft Si-Atomer an C-Atomer wäerten sech bevorzugt mat den Atomer vun der Kristalluewerfläch um Knickpunkt bannen, wou se sech nukleéieren a wuessen, wouduerch all Schrëtt parallel no vir fléisst. Wann d'Schrëttbreet op der Kristalluewerfläch de diffusiounsfräie Wee vun den Adatomen wäit iwwerschreit, kann eng grouss Zuel vun Adatomen agglomeréieren, an den zweedimensionalen inselähnleche Wuesstumsmodus, deen entsteet, zerstéiert de Schrëttfloss-Wuesstumsmodus, wat zum Verloscht vun der 4H-Kristallstrukturinformatioun féiert, wat zu multiple Defekter féiert. Dofir muss d'Upassung vun de Prozessparameter d'Kontroll vun der Uewerflächeschrëttstruktur erreechen, wouduerch d'Generatioun vu polymorphe Defekter ënnerdréckt gëtt, den Zweck erreecht gëtt, eng Eenzelkristallform ze kréien, an letztendlich héichqualitativ Kristaller ze preparéieren.

Als déi fréist entwéckelt SiC-Kristallwuesstumsmethod ass d'Method fir de physesche Gastransport de Moment déi meescht verbreet Wuesstumsmethod fir SiC-Kristaller ze wuessen. Am Verglach mat anere Methoden huet dës Method méi niddreg Ufuerderungen un d'Wuesstumsausrüstung, e einfache Wuesstumsprozess, eng staark Kontrolléierbarkeet, eng relativ grëndlech Entwécklungsfuerschung an huet schonn industriell Uwendungen erreecht. De Virdeel vun der HTCVD-Method ass, datt se leetfäeg (n, p) an héichreine Hallefisolatiounswafer wuessen kann, an d'Dotierungskonzentratioun kontrolléiere kann, sou datt d'Trägerkonzentratioun am Wafer tëscht 3×1013~5×1019/cm3 justierbar ass. D'Nodeeler sinn en héije technesche Schwellwäert an e gerénge Maartundeel. Well d'Flëssegkeetsphas-SiC-Kristallwuesstumstechnologie weider reift, wäert se e grousst Potenzial weisen, fir déi ganz SiC-Industrie an Zukunft virunzedreiwen, an et ass wahrscheinlech en neien Duerchbrochpunkt am SiC-Kristallwuesstum.