PVT metode, kuras pilns nosaukums ir fizikālā tvaiku transportēšana, ir izplatīta silīcija karbīda audzēšanas metode (SiC)kristāli augstā temperatūrā un augstā spiedienā. Tās pamatprincips ir silīcija karbīda pulvera uzsildīšana līdz sublimācijai temperatūrā virs 2300 ℃ un zema spiediena vidē, kas ir tuvu vakuumam, veidojot reakcijas gāzi, kas satur gāzveida komponentus, piemēram, Si, Si2C un SiC2. Cietfāzes sublimācijas reakcijas rezultātā veidoto Si un C komponentu atšķirīgo gāzes fāzes parciālo spiedienu dēļ Si/C stehiometriskā attiecība mainās atkarībā no termiskā lauka sadalījuma. Tāpēc ir jākontrolē gāzes fāzes komponentu sadalījums un transportēšana, lai nodrošinātu, ka tie sasniedz noteiktās kristalizācijas pozīcijas augšanas kamerā.
Lai novērstu polikristāliska silīcija karbīda veidošanos nesakārtotas gāzes fāzes kristalizācijas rezultātā, augšanas kameras augšpusē tiek novietoti silīcija karbīda sēklu kristāli. Gāzes fāzes pārsātinājuma ietekmē gāzes fāzes komponenti nogulsnējas uz sēklas kristāla virsmas, veidojot silīcija karbīda monokristālus. Viss reakcijas process notiek slēgtā augšanas kamerā, kur visi reakcijas sistēmas parametri ir savstarpēji saistīti. Jebkuras augšanas apstākļu svārstības ietekmēs monokristāla augšanas stabilitāti.
Turklāt silīcija karbīda monokristālu atšķirīgās blīvi iepakotās struktūras to kristāla orientācijas ziņā noved pie dažādām atomu savienošanas un saistīšanas metodēm, tādējādi veidojot vairāk nekā 200 silīcija karbīda izomēru kristāliskās formas. Enerģijas konversijas barjera starp dažādām kristāla formām ir ārkārtīgi zema, tāpēc PVT monokristāla augšanas sistēmā ir ļoti iespējama kristāla formas transformācija, kā rezultātā rodas nesakārtotas mērķa kristāla formas un dažādi kristalizācijas defekti. Tāpēc ir nepieciešams izmantot speciālu pārbaudes aprīkojumu, lai noteiktu kristāla formu un dažādus kristāla stieņa defektus.
Silīcija karbīda sagatavošanas procesam ir ārkārtīgi augstas prasības, kas galvenokārt izpaužas šādos aspektos:
- Silīcija karbīda pulvera sintēzes procesā ir daudz vides piemaisījumu, kas apgrūtina augstas tīrības pakāpes pulvera iegūšanu. Nepilnīga reakcija starp silīcija pulveri un oglekļa pulveri kā reakcijas avotu var izraisīt Si/C attiecības nelīdzsvarotību. Pēc sintēzes silīcija karbīda pulvera kristāla formu un daļiņu izmēru ir grūti kontrolēt.
- Augstas temperatūras (virs 2300 ℃) un gandrīz vakuuma apstākļos silīcija karbīds slēgtā grafīta kamerā piedzīvo "cietvielas-gāzes-cietvielas" transformācijas un pārkristalizācijas procesu. Šim procesam ir ilgs augšanas cikls, to ir grūti kontrolēt, un tas ir pakļauts defektiem, piemēram, mikrotubulu un ieslēgumu veidošanās procesam.
- Silīcija karbīds ietver vairāk nekā 200 dažādas kristāla formas, taču ražošanai parasti ir nepieciešama tikai viena kristāla forma. Augšanas procesā ir tendence notikt kristāla formas transformācijai, kā rezultātā rodas vairāku veidu ieslēguma defekti. Sagatavošanas procesā ir grūti stabili kontrolēt vienu konkrētu kristāla formu, un enerģijas konversijas barjera starp dažādām kristāla formām ir ārkārtīgi zema, kas palielina kontroles grūtības. Parametru kontrole un ar to saistītie pētījumi šajā periodā prasa milzīgas pētniecības un attīstības izmaksas, kas ir arī viens no iemesliem atbilstoša silīcija karbīda augstajām izmaksām.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 3. jūlijs