SiC सिलिकॉन कार्बाइड सिंगल क्रिस्टलची वाढ

त्याच्या शोधापासून, सिलिकॉन कार्बाइडने सर्वांचे लक्ष वेधले आहे. सिलिकॉन कार्बाइड अर्धे Si अणू आणि अर्धे C अणूंनी बनलेले आहे, जे sp3 हायब्रिड ऑर्बिटल्स सामायिक करणाऱ्या इलेक्ट्रॉन जोड्यांद्वारे सहसंयोजक बंधांद्वारे जोडलेले आहेत. त्याच्या सिंगल क्रिस्टलच्या मूलभूत संरचनात्मक युनिटमध्ये, चार Si अणू नियमित टेट्राहेड्रल रचनेत व्यवस्थित केले जातात आणि C अणू नियमित टेट्राहेड्रॉनच्या मध्यभागी स्थित असतो. याउलट, Si अणूला टेट्राहेड्रॉनचे केंद्र देखील मानले जाऊ शकते, ज्यामुळे SiC4 किंवा CSi4 तयार होते. टेट्राहेड्रल रचना. SiC मधील सहसंयोजक बंध अत्यंत आयनिक आहे आणि सिलिकॉन-कार्बन बंध ऊर्जा खूप जास्त आहे, सुमारे 4.47eV. कमी स्टॅकिंग फॉल्ट उर्जेमुळे, सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल्स वाढीच्या प्रक्रियेदरम्यान सहजपणे विविध पॉलीटाइप तयार करतात. 200 पेक्षा जास्त ज्ञात पॉलीटाइप आहेत, जे तीन प्रमुख श्रेणींमध्ये विभागले जाऊ शकतात: घन, षटकोनी आणि त्रिकोणीय.

सध्या, SiC क्रिस्टल्सच्या मुख्य वाढीच्या पद्धतींमध्ये भौतिक वाष्प वाहतूक पद्धत (PVT पद्धत), उच्च तापमान रासायनिक वाष्प निक्षेपण (HTCVD पद्धत), द्रव अवस्था पद्धत इत्यादींचा समावेश आहे. त्यापैकी, PVT पद्धत अधिक परिपक्व आणि औद्योगिक मोठ्या प्रमाणात उत्पादनासाठी अधिक योग्य आहे.

तथाकथित PVT पद्धतीमध्ये क्रूसिबलच्या वर SiC बियाणे क्रिस्टल्स ठेवणे आणि क्रूसिबलच्या तळाशी कच्चा माल म्हणून SiC पावडर ठेवणे समाविष्ट आहे. उच्च तापमान आणि कमी दाबाच्या बंद वातावरणात, तापमान ग्रेडियंट आणि एकाग्रता फरकाच्या क्रियेखाली SiC पावडर सबलिमेट होते आणि वरच्या दिशेने सरकते. ते बियाणे क्रिस्टलच्या जवळ नेण्याची आणि नंतर सुपरसॅच्युरेटेड अवस्थेत पोहोचल्यानंतर ते पुन्हा क्रिस्टलायझ करण्याची पद्धत. ही पद्धत SiC क्रिस्टल आकार आणि विशिष्ट क्रिस्टल स्वरूपांची नियंत्रित वाढ साध्य करू शकते.
तथापि, दीर्घकालीन वाढीच्या प्रक्रियेदरम्यान PVT पद्धतीचा वापर करून SiC क्रिस्टल्स वाढविण्यासाठी नेहमीच योग्य वाढीची परिस्थिती राखणे आवश्यक आहे, अन्यथा ते जाळीच्या विकृतीस कारणीभूत ठरेल, ज्यामुळे क्रिस्टलच्या गुणवत्तेवर परिणाम होईल. तथापि, SiC क्रिस्टल्सची वाढ बंद जागेत पूर्ण होते. काही प्रभावी देखरेख पद्धती आणि अनेक चल आहेत, त्यामुळे प्रक्रिया नियंत्रण कठीण आहे.

PVT पद्धतीने SiC क्रिस्टल्स वाढवण्याच्या प्रक्रियेत, स्टेप फ्लो ग्रोथ मोड (स्टेप फ्लो ग्रोथ) हा एकाच क्रिस्टल स्वरूपाच्या स्थिर वाढीसाठी मुख्य यंत्रणा मानला जातो.
वाष्पीकृत Si अणू आणि C अणू प्राधान्याने क्रिस्टल पृष्ठभागाच्या अणूंशी किंक पॉइंटवर जोडले जातील, जिथे ते केंद्रक बनतील आणि वाढतील, ज्यामुळे प्रत्येक पायरी समांतर पुढे वाहते. जेव्हा क्रिस्टल पृष्ठभागावरील पायरीची रुंदी अॅडॅटॉम्सच्या प्रसार मुक्त मार्गापेक्षा जास्त असते, तेव्हा मोठ्या संख्येने अॅडॅटॉम्स एकत्रित होऊ शकतात आणि तयार झालेला द्विमितीय बेटासारखा वाढ मोड स्टेप फ्लो ग्रोथ मोड नष्ट करेल, परिणामी 4H क्रिस्टल स्ट्रक्चर माहिती नष्ट होईल, ज्यामुळे अनेक दोष निर्माण होतील. म्हणून, प्रक्रिया पॅरामीटर्सच्या समायोजनाने पृष्ठभागाच्या पायरीच्या संरचनेचे नियंत्रण साध्य केले पाहिजे, ज्यामुळे बहुरूपी दोषांची निर्मिती दडपली पाहिजे, एकल क्रिस्टल फॉर्म मिळविण्याचा आणि शेवटी उच्च-गुणवत्तेचे क्रिस्टल्स तयार करण्याचा उद्देश साध्य केला पाहिजे.

सर्वात जुनी विकसित SiC क्रिस्टल वाढ पद्धत म्हणून, भौतिक बाष्प वाहतूक पद्धत सध्या SiC क्रिस्टल्स वाढवण्यासाठी सर्वात मुख्य प्रवाहातील वाढ पद्धत आहे. इतर पद्धतींच्या तुलनेत, या पद्धतीमध्ये वाढ उपकरणांसाठी कमी आवश्यकता आहेत, एक साधी वाढ प्रक्रिया, मजबूत नियंत्रणक्षमता, तुलनेने सखोल विकास संशोधन आहे आणि आधीच औद्योगिक अनुप्रयोग साध्य केला आहे. HTCVD पद्धतीचा फायदा असा आहे की ती प्रवाहकीय (n, p) आणि उच्च-शुद्धता अर्ध-इन्सुलेटिंग वेफर्स वाढवू शकते आणि डोपिंग एकाग्रता नियंत्रित करू शकते जेणेकरून वेफरमधील वाहक एकाग्रता 3×1013~5×1019/cm3 दरम्यान समायोज्य असेल. तोटे म्हणजे उच्च तांत्रिक थ्रेशोल्ड आणि कमी बाजार हिस्सा. द्रव-फेज SiC क्रिस्टल वाढ तंत्रज्ञान परिपक्व होत राहिल्याने, भविष्यात संपूर्ण SiC उद्योगाला पुढे नेण्याची मोठी क्षमता दर्शवेल आणि SiC क्रिस्टल वाढीमध्ये एक नवीन प्रगती बिंदू ठरण्याची शक्यता आहे.