Принципот на PVT методот на раст на кристали од силициум карбид (SiC)

PVT методот, чие целосно име е Физички транспорт на пареа, е вообичаен метод за одгледување на силициум карбид (SiC)кристали под висока температура и висок притисок. Неговиот основен принцип е загревање на силициум карбиден прав до сублимација на температура над 2300℃ и во средина со низок притисок блиску до вакуум, формирајќи реакционен гас што содржи гасовити компоненти како што се Si, Si2C и SiC2. Поради различните парцијални притисоци во гасна фаза на компонентите Si и C формирани со реакцијата на сублимација во цврста фаза, стехиометрискиот однос Si/C варира со распределбата на термичкото поле. Затоа, потребно е да се контролира распределбата и транспортот на компонентите во гасна фаза за да се осигури дека ќе ги достигнат специфичните позиции на кристализација во комората за раст.

За да се спречи нередовна кристализација во гасна фаза од која ќе се формира поликристален силициум карбид, на врвот од комората за раст се поставуваат кристали-основи од силициум карбид. Под влијание на презаситеност во гасна фаза, компонентите од гасна фаза ќе се таложат на површината на кристалот-основи за да формираат монокристали од силициум карбид. Целиот процес на реакција се одвива во затворена комора за раст, каде што сите параметри на реакцискиот систем се поврзани едни со други. Секоја флуктуација во условите на раст ќе влијае на стабилноста на растот на монокристалите.

Покрај тоа, различните тесно спакувани структури на силициум карбидните монокристали во однос на нивната кристална ориентација доведуваат до различни атомски методи на поврзување и сврзување, со што се формираат повеќе од 200 кристални форми на силициум карбидни изомери. Бариерата за конверзија на енергија помеѓу различните кристални форми е екстремно ниска, па затоа е многу веројатно да се појави трансформација на кристалната форма во PVT системот за раст на монокристали, што резултира со неуредни форми на целниот кристал и разни дефекти на кристализација. Затоа, потребно е да се користи наменска опрема за инспекција за да се открие кристалната форма и разни дефекти на кристалната ингота.

Процесот на подготовка на силициум карбид има исклучително високи барања, главно манифестирани во следниве аспекти:

• Во процесот на синтеза на силициум карбиден прав има многу нечистотии од животната средина, што го отежнува добивањето на прав со висока чистота. Нецелосната реакција помеѓу силициумскиот прав и јаглеродниот прав како извор на реакција е склона да предизвика нерамнотежа во односот Si/C. Кристалната форма и големината на честичките на силициум карбидниот прав по синтезата се тешки за контрола.
• Под услови на висока температура над 2300℃ и близу вакуум, силициум карбидот се подложува на процес на трансформација и рекристализација „цврста-гасна-цврста“ материја во затворена графитна комора. Овој процес има долг циклус на раст, тешко се контролира и е склонен кон дефекти како што се микротубули и инклузии.
• Силициум карбидот вклучува над 200 различни кристални форми, но производството обично бара само една кристална форма. За време на процесот на раст, склона е кон трансформација на кристалната форма, што резултира со дефекти на вклучување на повеќе типови. За време на процесот на подготовка, тешко е стабилно да се контролира една специфична кристална форма, а бариерата за конверзија на енергија помеѓу различните кристални форми е исклучително ниска, што ја зголемува тежината на контролата. Контролата на параметрите и сродните истражувања во овој период бараат огромни трошоци за истражување и развој, што е исто така една од причините за високата цена на силициум карбидот што е во согласност со стандардите.