SiC സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റലിന്റെ വളർച്ച

കണ്ടുപിടുത്തം മുതൽ, സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് വ്യാപകമായ ശ്രദ്ധ ആകർഷിച്ചു. സിലിക്കൺ കാർബൈഡിന്റെ പകുതി Si ആറ്റങ്ങളും പകുതി C ആറ്റങ്ങളും ചേർന്നതാണ്, ഇവ sp3 ഹൈബ്രിഡ് ഓർബിറ്റലുകൾ പങ്കിടുന്ന ഇലക്ട്രോൺ ജോഡികൾ വഴി കോവാലന്റ് ബോണ്ടുകളാൽ ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. അതിന്റെ ഒറ്റ ക്രിസ്റ്റലിന്റെ അടിസ്ഥാന ഘടനാ യൂണിറ്റിൽ, നാല് Si ആറ്റങ്ങൾ ഒരു സാധാരണ ടെട്രാഹെഡ്രൽ ഘടനയിൽ ക്രമീകരിച്ചിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ C ആറ്റം സാധാരണ ടെട്രാഹെഡ്രോണിന്റെ മധ്യത്തിലാണ് സ്ഥിതി ചെയ്യുന്നത്. നേരെമറിച്ച്, Si ആറ്റത്തെ ടെട്രാഹെഡ്രോണിന്റെ കേന്ദ്രമായും കണക്കാക്കാം, അതുവഴി SiC4 അല്ലെങ്കിൽ CSi4 രൂപപ്പെടുന്നു. ടെട്രാഹെഡ്രൽ ഘടന. SiC-യിലെ കോവാലന്റ് ബോണ്ട് വളരെ അയോണിക് ആണ്, കൂടാതെ സിലിക്കൺ-കാർബൺ ബോണ്ട് ഊർജ്ജം വളരെ ഉയർന്നതാണ്, ഏകദേശം 4.47eV. കുറഞ്ഞ സ്റ്റാക്കിംഗ് ഫോൾട്ട് എനർജി കാരണം, വളർച്ചാ പ്രക്രിയയിൽ സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് പരലുകൾ എളുപ്പത്തിൽ വിവിധ പോളിടൈപ്പുകൾ ഉണ്ടാക്കുന്നു. അറിയപ്പെടുന്ന 200-ലധികം പോളിടൈപ്പുകൾ ഉണ്ട്, അവയെ മൂന്ന് പ്രധാന വിഭാഗങ്ങളായി തിരിക്കാം: ക്യൂബിക്, ഷഡ്ഭുജ, ത്രികോണ.

നിലവിൽ, SiC പരലുകളുടെ പ്രധാന വളർച്ചാ രീതികളിൽ ഫിസിക്കൽ വേപ്പർ ട്രാൻസ്പോർട്ട് രീതി (PVT രീതി), ഹൈ ടെമ്പറേച്ചർ കെമിക്കൽ വേപ്പർ ഡിപ്പോസിഷൻ (HTCVD രീതി), ലിക്വിഡ് ഫേസ് രീതി മുതലായവ ഉൾപ്പെടുന്നു. അവയിൽ, PVT രീതി കൂടുതൽ പക്വവും വ്യാവസായിക വൻതോതിലുള്ള ഉൽപ്പാദനത്തിന് അനുയോജ്യവുമാണ്.

ക്രൂസിബിളിന്റെ മുകളിൽ SiC വിത്ത് പരലുകൾ സ്ഥാപിക്കുന്നതിനെയും ക്രൂസിബിളിന്റെ അടിയിൽ അസംസ്കൃത വസ്തുവായി SiC പൊടി സ്ഥാപിക്കുന്നതിനെയുമാണ് PVT രീതി എന്ന് വിളിക്കുന്നത്. ഉയർന്ന താപനിലയും താഴ്ന്ന മർദ്ദവുമുള്ള ഒരു അടഞ്ഞ പരിതസ്ഥിതിയിൽ, താപനില ഗ്രേഡിയന്റിന്റെയും സാന്ദ്രത വ്യത്യാസത്തിന്റെയും സ്വാധീനത്തിൽ SiC പൊടി സപ്ലൈമേറ്റ് ചെയ്യുകയും മുകളിലേക്ക് നീങ്ങുകയും ചെയ്യുന്നു. വിത്ത് പരലിന്റെ സമീപത്തേക്ക് കൊണ്ടുപോകുകയും ഒരു സൂപ്പർസാച്ചുറേറ്റഡ് അവസ്ഥയിലെത്തിയ ശേഷം അത് വീണ്ടും ക്രിസ്റ്റലൈസ് ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്ന ഒരു രീതി. ഈ രീതി SiC ക്രിസ്റ്റൽ വലുപ്പത്തിലും നിർദ്ദിഷ്ട ക്രിസ്റ്റൽ രൂപങ്ങളിലും നിയന്ത്രിക്കാവുന്ന വളർച്ച കൈവരിക്കാൻ കഴിയും. ​
എന്നിരുന്നാലും, SiC പരലുകൾ വളർത്താൻ PVT രീതി ഉപയോഗിക്കുന്നതിന് ദീർഘകാല വളർച്ചാ പ്രക്രിയയിൽ എല്ലായ്പ്പോഴും ഉചിതമായ വളർച്ചാ സാഹചര്യങ്ങൾ നിലനിർത്തേണ്ടതുണ്ട്, അല്ലാത്തപക്ഷം അത് ലാറ്റിസ് ഡിസോർഡറിലേക്ക് നയിക്കും, അതുവഴി ക്രിസ്റ്റലിന്റെ ഗുണനിലവാരത്തെ ബാധിക്കും. എന്നിരുന്നാലും, SiC പരലുകളുടെ വളർച്ച ഒരു അടച്ച സ്ഥലത്താണ് പൂർത്തിയാകുന്നത്. ഫലപ്രദമായ നിരീക്ഷണ രീതികൾ കുറവാണ്, കൂടാതെ നിരവധി വേരിയബിളുകളും ഉണ്ട്, അതിനാൽ പ്രക്രിയ നിയന്ത്രണം ബുദ്ധിമുട്ടാണ്.

PVT രീതി ഉപയോഗിച്ച് SiC പരലുകൾ വളർത്തുന്ന പ്രക്രിയയിൽ, ഒരൊറ്റ ക്രിസ്റ്റൽ രൂപത്തിന്റെ സ്ഥിരതയുള്ള വളർച്ചയ്ക്കുള്ള പ്രധാന സംവിധാനമായി സ്റ്റെപ്പ് ഫ്ലോ ഗ്രോത്ത് മോഡ് (സ്റ്റെപ്പ് ഫ്ലോ ഗ്രോത്ത്) കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു.
ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെട്ട Si ആറ്റങ്ങളും C ആറ്റങ്ങളും കിങ്ക് പോയിന്റിൽ ക്രിസ്റ്റൽ ഉപരിതല ആറ്റങ്ങളുമായി മുൻഗണനാപരമായി ബന്ധിപ്പിക്കും, അവിടെ അവ ന്യൂക്ലിയേറ്റ് ചെയ്യുകയും വളരുകയും ചെയ്യും, ഇത് ഓരോ ഘട്ടവും സമാന്തരമായി മുന്നോട്ട് ഒഴുകാൻ കാരണമാകുന്നു. ക്രിസ്റ്റൽ ഉപരിതലത്തിലെ സ്റ്റെപ്പ് വീതി അഡാറ്റമുകളുടെ വ്യാപനരഹിത പാതയെ വളരെ കൂടുതലാകുമ്പോൾ, ധാരാളം അഡാറ്റമുകൾ കൂടിച്ചേർന്നേക്കാം, കൂടാതെ രൂപപ്പെടുന്ന ദ്വിമാന ദ്വീപ് പോലുള്ള വളർച്ചാ മോഡ് സ്റ്റെപ്പ് ഫ്ലോ ഗ്രോത്ത് മോഡിനെ നശിപ്പിക്കും, ഇത് 4H ക്രിസ്റ്റൽ ഘടന വിവരങ്ങൾ നഷ്ടപ്പെടുന്നതിലേക്ക് നയിക്കുന്നു, ഇത് ഒന്നിലധികം വൈകല്യങ്ങൾക്ക് കാരണമാകുന്നു. അതിനാൽ, പ്രോസസ്സ് പാരാമീറ്ററുകളുടെ ക്രമീകരണം ഉപരിതല സ്റ്റെപ്പ് ഘടനയുടെ നിയന്ത്രണം കൈവരിക്കണം, അതുവഴി പോളിമോർഫിക് വൈകല്യങ്ങളുടെ ഉത്പാദനം അടിച്ചമർത്തുകയും, ഒരൊറ്റ ക്രിസ്റ്റൽ രൂപം നേടുന്നതിനുള്ള ലക്ഷ്യം കൈവരിക്കുകയും, ഒടുവിൽ ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള പരലുകൾ തയ്യാറാക്കുകയും വേണം.

ഏറ്റവും ആദ്യം വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത SiC ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ രീതി എന്ന നിലയിൽ, SiC ക്രിസ്റ്റലുകൾ വളർത്തുന്നതിനുള്ള ഏറ്റവും മുഖ്യധാരാ വളർച്ചാ രീതിയാണ് ഫിസിക്കൽ വേപ്പർ ട്രാൻസ്പോർട്ട് രീതി. മറ്റ് രീതികളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, വളർച്ചാ ഉപകരണങ്ങൾക്ക് കുറഞ്ഞ ആവശ്യകതകൾ, ലളിതമായ വളർച്ചാ പ്രക്രിയ, ശക്തമായ നിയന്ത്രണക്ഷമത, താരതമ്യേന സമഗ്രമായ വികസന ഗവേഷണം എന്നിവ ഈ രീതിയിലുണ്ട്, കൂടാതെ ഇതിനകം തന്നെ വ്യാവസായിക പ്രയോഗം നേടിയിട്ടുണ്ട്. HTCVD രീതിയുടെ പ്രയോജനം, ഇതിന് ചാലക (n, p) ഉയർന്ന പരിശുദ്ധിയുള്ള സെമി-ഇൻസുലേറ്റിംഗ് വേഫറുകൾ വളർത്താൻ കഴിയും എന്നതാണ്, കൂടാതെ ഡോപ്പിംഗ് സാന്ദ്രത നിയന്ത്രിക്കാനും കഴിയും, അങ്ങനെ വേഫറിലെ കാരിയർ സാന്ദ്രത 3×1013~5×1019/cm3 നും ഇടയിൽ ക്രമീകരിക്കാൻ കഴിയും. ഉയർന്ന സാങ്കേതിക പരിധിയും കുറഞ്ഞ വിപണി വിഹിതവുമാണ് പോരായ്മകൾ. ലിക്വിഡ്-ഫേസ് SiC ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ സാങ്കേതികവിദ്യ പക്വത പ്രാപിക്കുന്നത് തുടരുമ്പോൾ, ഭാവിയിൽ മുഴുവൻ SiC വ്യവസായത്തെയും മുന്നോട്ട് കൊണ്ടുപോകുന്നതിൽ ഇത് വലിയ സാധ്യത കാണിക്കും, കൂടാതെ SiC ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചയിൽ ഒരു പുതിയ വഴിത്തിരിവാകാൻ സാധ്യതയുണ്ട്.