Nuo pat atradimo silicio karbidas sulaukė didelio dėmesio. Silicio karbidą sudaro pusė Si atomų ir pusė C atomų, kurie yra sujungti kovalentiniais ryšiais per elektronų poras, dalijančias sp3 hibridines orbitales. Pagrindiniame jo monokristalo struktūriniame vienete keturi Si atomai yra išsidėstę taisyklingoje tetraedro struktūroje, o C atomas yra taisyklingo tetraedro centre. Priešingai, Si atomas taip pat gali būti laikomas tetraedro centru, todėl susidaro SiC4 arba CSi4. Tetraedro struktūra. Kovalentinis ryšys SiC yra labai joninis, o silicio ir anglies ryšio energija yra labai didelė, apie 4,47 eV. Dėl mažos kaupimosi lūžio energijos silicio karbido kristalai augimo proceso metu lengvai sudaro įvairius politipus. Yra daugiau nei 200 žinomų politipų, kuriuos galima suskirstyti į tris pagrindines kategorijas: kubinius, šešiakampius ir trigoninius.
Šiuo metu pagrindiniai SiC kristalų auginimo metodai yra fizikinis garų pernašos metodas (PVT metodas), cheminis garų nusodinimas aukštoje temperatūroje (HTCVD metodas), skystosios fazės metodas ir kt. Iš jų PVT metodas yra labiau brandus ir labiau tinka pramoninei masinei gamybai.
Vadinamasis PVT metodas reiškia SiC užsėjimo kristalų uždėjimą ant tiglio viršaus ir SiC miltelių, kaip žaliavos, uždėjimą ant tiglio dugno. Uždaroje aukštoje temperatūroje ir žemame slėgyje SiC milteliai sublimuojasi ir juda aukštyn veikiami temperatūros gradiento ir koncentracijos skirtumo. Tai metodas, kai jie pernešami į užsėjimo kristalo aplinką ir po to, kai pasiekiama persotinimo būsena, rekristalizuojami. Šiuo metodu galima pasiekti kontroliuojamą SiC kristalų dydžio ir specifinių kristalų formų augimą.
Tačiau naudojant PVT metodą SiC kristalams auginti, ilgalaikio augimo proceso metu visada reikia palaikyti tinkamas augimo sąlygas, kitaip susidarys gardelės netvarka, o tai paveiks kristalo kokybę. Tačiau SiC kristalų augimas vyksta uždaroje erdvėje. Yra mažai veiksmingų stebėjimo metodų ir daug kintamųjų, todėl proceso valdymas yra sudėtingas.
SiC kristalų auginimo PVT metodu procese laipsniško srauto augimo režimas (Step Flow Growth) laikomas pagrindiniu stabilios monokristalinės formos augimo mechanizmu.
Išgarinti Si ir C atomai pirmenybę teiks kristalo paviršiaus atomų sulinkimo taške, kur jie suformuos branduolį ir augs, todėl kiekvienas žingsnis tekės lygiagrečiai į priekį. Kai laiptelio plotis kristalo paviršiuje gerokai viršija adatomų difuzijos laisvą kelią, gali susikaupti daug adatomų, o susidaręs dvimatis salos formos augimo režimas sunaikins laiptelio srauto augimo režimą, dėl to bus prarasta 4H kristalinės struktūros informacija ir atsiras daugybinių defektų. Todėl proceso parametrų reguliavimas turi užtikrinti paviršiaus laiptelio struktūros valdymą, taip slopinant polimorfinių defektų susidarymą, pasiekiant tikslą gauti monokristalinę formą ir galiausiai paruošti aukštos kokybės kristalus.
Fizikinio garų pernašos metodas, kaip anksčiausiai sukurtas SiC kristalų auginimo metodas, šiuo metu yra labiausiai paplitęs SiC kristalų auginimo metodas. Palyginti su kitais metodais, šiam metodui reikalingi mažesni auginimo įrangos reikalavimai, paprastas auginimo procesas, tvirtas valdymas, atlikti gana išsamūs plėtros tyrimai ir jis jau pasiekė pramoninį pritaikymą. HTCCVD metodo privalumas yra tas, kad juo galima auginti laidžias (n, p) ir didelio grynumo pusiau izoliacines plokšteles, taip pat galima kontroliuoti legiravimo koncentraciją taip, kad krūvininkų koncentracija plokštelėje būtų reguliuojama nuo 3 × 1013 iki 5 × 1019/cm3. Trūkumai yra aukštas techninis slenkstis ir maža rinkos dalis. Skystosios fazės SiC kristalų auginimo technologijai toliau tobulėjant, ji ateityje turės didelį potencialą visos SiC pramonės plėtrai ir greičiausiai taps nauju SiC kristalų auginimo proveržio tašku.
Įrašo laikas: 2024 m. balandžio 16 d.