PVT metodas, kurio pilnas pavadinimas yra fizinis garų pernaša, yra įprastas silicio karbido auginimo metodas (SiC)kristalai aukštoje temperatūroje ir aukštame slėgyje. Pagrindinis jo principas yra silicio karbido miltelių kaitinimas iki sublimacijos aukštesnėje nei 2300 ℃ temperatūroje ir žemo slėgio aplinkoje, artimoje vakuumui, susidarant reakcijos dujoms, kuriose yra dujinių komponentų, tokių kaip Si, Si2C ir SiC2. Dėl skirtingo Si ir C komponentų, susidarančių kietosios fazės sublimacijos reakcijos metu, dalinio dujų fazės slėgio, Si/C stechiometrinis santykis kinta priklausomai nuo terminio lauko pasiskirstymo. Todėl būtina kontroliuoti dujų fazės komponentų pasiskirstymą ir transportavimą, kad jie pasiektų konkrečias kristalizacijos pozicijas augimo kameroje.
Siekiant išvengti netvarkingos dujų fazės kristalizacijos, dėl kurios susidarytų polikristalinis silicio karbidas, augimo kameros viršuje dedami silicio karbido užsėjimo kristalai. Veikiant dujų fazės persisotinimui, dujų fazės komponentai nusėda ant užsėjimo kristalo paviršiaus ir sudaro silicio karbido monokristalus. Visas reakcijos procesas vyksta uždaroje augimo kameroje, kurioje visi reakcijos sistemos parametrai yra tarpusavyje susiję. Bet koks augimo sąlygų svyravimas turės įtakos monokristalio augimo stabilumui.
Be to, skirtingos glaudžiai supakuotos silicio karbido monokristalų struktūros, atsižvelgiant į jų kristalinę orientaciją, lemia įvairius atominio jungimosi ir surišimo būdus, todėl susidaro daugiau nei 200 silicio karbido izomerų kristalinių formų. Energijos konversijos barjeras tarp skirtingų kristalinių formų yra itin mažas, todėl PVT monokristalų augimo sistemoje labai tikėtina kristalinės formos transformacija, dėl kurios susidaro netvarkingos tikslinės kristalinės formos ir įvairūs kristalizacijos defektai. Todėl būtina naudoti specialią tikrinimo įrangą kristalinei formai ir įvairiems kristalinio luito defektams aptikti.
Silicio karbido paruošimo procesui keliami itin aukšti reikalavimai, daugiausia pasireiškiantys šiais aspektais:
- Silicio karbido miltelių sintezės procese yra daug aplinkos priemaišų, todėl sunku gauti labai grynus miltelius. Neužbaigta silicio miltelių ir anglies miltelių, kaip reakcijos šaltinio, reakcija gali sukelti Si/C santykio disbalansą. Silicio karbido miltelių kristalinę formą ir dalelių dydį po sintezės sunku kontroliuoti.
- Aukštoje temperatūroje, viršijančioje 2300 ℃, ir beveik vakuume, silicio karbidas uždaroje grafito kameroje patiria „kietos-dujų-kietos“ transformacijos ir rekristalizacijos procesą. Šis procesas turi ilgą augimo ciklą, yra sunkiai kontroliuojamas ir linkęs į defektus, tokius kaip mikrovamzdeliai ir intarpai.
- Silicio karbidas apima daugiau nei 200 skirtingų kristalų formų, tačiau gamybai paprastai reikia tik vienos kristalo formos. Augimo proceso metu gali vykti kristalų formos transformacija, dėl kurios atsiranda daugiatipių įtraukimo defektų. Paruošimo proceso metu sunku stabiliai kontroliuoti vieną konkrečią kristalo formą, o energijos konversijos barjeras tarp skirtingų kristalų formų yra itin mažas, todėl valdymas tampa sudėtingesnis. Parametrų valdymas ir susiję tyrimai šiuo laikotarpiu reikalauja didelių mokslinių tyrimų ir plėtros išlaidų, o tai taip pat yra viena iš priežasčių, kodėl atitinkančio reikalavimus silicio karbido kaina yra didelė.
Įrašo laikas: 2025 m. liepos 3 d.