Kopš atklāšanas silīcija karbīds ir piesaistījis plašu uzmanību. Silīcija karbīds sastāv no puses Si atomiem un puses C atomiem, kas ir savienoti ar kovalentām saitēm caur elektronu pāriem, kas dala sp3 hibrīdorbitāles. Tā monokristāla pamatstruktūras vienībā četri Si atomi ir izvietoti regulārā tetraedra struktūrā, un C atoms atrodas regulārā tetraedra centrā. Savukārt Si atomu var uzskatīt arī par tetraedra centru, tādējādi veidojot SiC4 vai CSi4. Tetraedra struktūra. SiC kovalentā saite ir ļoti jonu, un silīcija-oglekļa saites enerģija ir ļoti augsta, aptuveni 4,47 eV. Zemās kraušanas defektu enerģijas dēļ silīcija karbīda kristāli augšanas procesā viegli veido dažādus politipus. Ir zināmi vairāk nekā 200 politipu, kurus var iedalīt trīs galvenajās kategorijās: kubiskais, sešstūrainais un trigonālais.
Pašlaik galvenās SiC kristālu augšanas metodes ir fizikālā tvaiku transportēšanas metode (PVT metode), augstas temperatūras ķīmiskā tvaiku pārnese (HTCVD metode), šķidrās fāzes metode utt. Starp tām PVT metode ir nobriedušāka un piemērotāka rūpnieciskai masveida ražošanai.
Tā sauktā PVT metode attiecas uz SiC sēklu kristālu novietošanu tīģeļa augšpusē un SiC pulvera kā izejvielas novietošanu tīģeļa apakšā. Slēgtā vidē ar augstu temperatūru un zemu spiedienu SiC pulveris sublimējas un pārvietojas uz augšu temperatūras gradienta un koncentrācijas starpības ietekmē. Šī metode ir metode, kas to transportē uz sēklas kristāla apkārtni un pēc tam pārkristalizē pēc pārsātināta stāvokļa sasniegšanas. Šī metode var panākt kontrolējamu SiC kristālu izmēra un specifisku kristālu formu pieaugumu.
Tomēr, izmantojot PVT metodi SiC kristālu audzēšanai, ilgtermiņa augšanas procesā vienmēr ir jāuztur atbilstoši augšanas apstākļi, pretējā gadījumā tas novedīs pie režģa nevienmērīguma, tādējādi ietekmējot kristāla kvalitāti. Tomēr SiC kristālu augšana notiek slēgtā telpā. Ir maz efektīvu uzraudzības metožu un daudz mainīgo, tāpēc procesa kontrole ir sarežģīta.
SiC kristālu audzēšanas procesā ar PVT metodi pakāpeniskās plūsmas augšanas režīms (Step Flow Growth) tiek uzskatīts par galveno mehānismu monokristāla formas stabilai augšanai.
Iztvaicētie Si atomi un C atomi galvenokārt saistīsies ar kristāla virsmas atomiem lūzuma punktā, kur tie veidos kodolus un augs, izraisot katra soļa paralēlu plūsmu uz priekšu. Kad pakāpiena platums uz kristāla virsmas ievērojami pārsniedz adatomu difūzijas brīvo ceļu, liels skaits adatomu var aglomerēties, un izveidojies divdimensiju salveida augšanas režīms iznīcinās pakāpienveida plūsmas augšanas režīmu, kā rezultātā tiks zaudēta 4H kristāla struktūras informācija un radīsies vairāki defekti. Tāpēc procesa parametru pielāgošanai ir jāpanāk virsmas pakāpienu struktūras kontrole, tādējādi nomācot polimorfisku defektu veidošanos, sasniedzot mērķi iegūt monokristāla formu un galu galā sagatavojot augstas kvalitātes kristālus.
Fizikālā tvaika transportēšanas metode, kas ir agrāk izstrādātā SiC kristālu audzēšanas metode, pašlaik ir visizplatītākā SiC kristālu audzēšanas metode. Salīdzinot ar citām metodēm, šai metodei ir zemākas prasības attiecībā uz audzēšanas aprīkojumu, vienkāršs audzēšanas process, spēcīga vadāmība, relatīvi rūpīgi izstrādes pētījumi, un tā jau ir sasniegusi rūpniecisku pielietojumu. HTCCVD metodes priekšrocība ir tā, ka tā var audzēt vadošas (n, p) un augstas tīrības pakāpes daļēji izolējošas plāksnes, un tā var kontrolēt leģējošā materiāla koncentrāciju tā, lai nesēju koncentrācija plāksnē būtu regulējama no 3×1013 līdz 5×1019/cm3. Trūkumi ir augsts tehniskais slieksnis un zema tirgus daļa. Tā kā šķidrfāzes SiC kristālu audzēšanas tehnoloģija turpina attīstīties, tai nākotnē būs liels potenciāls visas SiC nozares attīstībā un, visticamāk, būs jauns izrāviena punkts SiC kristālu audzēšanā.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 16. aprīlis