त्याच्या शोधापासून, सिलिकॉन कार्बाइडने व्यापक लक्ष वेधून घेतले आहे. सिलिकॉन कार्बाइड हे अर्धे Si अणू आणि अर्धे C अणू यांनी बनलेले असते, जे sp3 संकरित ऑर्बिटल्स सामायिक करणाऱ्या इलेक्ट्रॉन जोड्यांद्वारे सहसंयुजी बंधांनी जोडलेले असतात. त्याच्या एकल स्फटिकाच्या मूलभूत संरचनात्मक एककामध्ये, चार Si अणू एका नियमित चतुष्कोणीय संरचनेत मांडलेले असतात आणि C अणू नियमित चतुष्कोणाच्या मध्यभागी असतो. याउलट, Si अणूला चतुष्कोणाचा केंद्रबिंदू मानले जाऊ शकते, ज्यामुळे SiC4 किंवा CSi4 ची चतुष्कोणीय संरचना तयार होते. SiC मधील सहसंयुजी बंध अत्यंत आयनिक असतो आणि सिलिकॉन-कार्बन बंध ऊर्जा खूप जास्त, सुमारे 4.47eV असते. कमी स्टॅकिंग फॉल्ट ऊर्जेमुळे, सिलिकॉन कार्बाइड स्फटिक वाढ प्रक्रियेदरम्यान सहजपणे विविध पॉलीटाइप्स तयार करतात. 200 पेक्षा जास्त ज्ञात पॉलीटाइप्स आहेत, ज्यांना घन, षटकोनी आणि त्रिकोणी या तीन प्रमुख श्रेणींमध्ये विभागले जाऊ शकते.
सध्या, एसआयसी (SiC) स्फटिकांच्या वाढीच्या मुख्य पद्धतींमध्ये फिजिकल व्हेपर ट्रान्सपोर्ट मेथड (PVT पद्धत), हाय टेम्परेचर केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन (HTCVD पद्धत), लिक्विड फेज मेथड इत्यादींचा समावेश होतो. त्यांपैकी, पीव्हीटी (PVT) पद्धत अधिक प्रगत असून औद्योगिक मोठ्या प्रमाणावरील उत्पादनासाठी अधिक योग्य आहे.
तथाकथित PVT पद्धतीमध्ये, मुशीच्या वरच्या बाजूला SiC बीज स्फटिक ठेवले जातात आणि कच्चा माल म्हणून SiC पावडर मुशीच्या तळाशी ठेवली जाते. उच्च तापमान आणि कमी दाबाच्या बंद वातावरणात, तापमान प्रवणता आणि सांद्रतेतील फरकाच्या प्रभावामुळे SiC पावडरचे ऊर्ध्वपातन होते आणि ती वरच्या दिशेने सरकते. या पद्धतीत, पावडरला बीज स्फटिकाच्या सान्निध्यात वाहून नेले जाते आणि अतिसंपृक्त अवस्था गाठल्यानंतर तिचे पुन:स्फटिकीकरण केले जाते. या पद्धतीद्वारे SiC स्फटिकांच्या आकाराची नियंत्रित वाढ आणि विशिष्ट स्फटिक रूपे साध्य करता येतात.
तथापि, PVT पद्धतीद्वारे SiC स्फटिक वाढवताना, दीर्घकाळ चालणाऱ्या वाढ प्रक्रियेदरम्यान योग्य वाढ परिस्थिती नेहमी राखणे आवश्यक असते, अन्यथा त्यामुळे जालक विस्कळीत होते, ज्यामुळे स्फटिकाच्या गुणवत्तेवर परिणाम होतो. मात्र, SiC स्फटिकांची वाढ एका बंद जागेत पूर्ण केली जाते. प्रभावी देखरेख पद्धती कमी आहेत आणि अनेक चल घटक आहेत, त्यामुळे प्रक्रिया नियंत्रण करणे कठीण आहे.
PVT पद्धतीने SiC स्फटिक वाढवण्याच्या प्रक्रियेत, एकल स्फटिक स्वरूपाच्या स्थिर वाढीसाठी स्टेप फ्लो ग्रोथ मोड (Step Flow Growth) ही मुख्य यंत्रणा मानली जाते.
बाष्पीभवन झालेले Si अणू आणि C अणू प्राधान्याने वळणबिंदूवर स्फटिकाच्या पृष्ठभागावरील अणूंशी जोडले जातात, जिथे ते केंद्रक बनवून वाढतात, ज्यामुळे प्रत्येक पायरी समांतरपणे पुढे सरकते. जेव्हा स्फटिकाच्या पृष्ठभागावरील पायरीची रुंदी अॅडॅटम्सच्या प्रसाराच्या मुक्त मार्गापेक्षा खूप जास्त होते, तेव्हा मोठ्या संख्येने अॅडॅटम्स एकत्र येऊ शकतात आणि तयार झालेली द्विमितीय बेटांसारखी वाढ पद्धत पायऱ्यांच्या प्रवाही वाढ पद्धतीला नष्ट करते, ज्यामुळे 4H स्फटिक संरचनेची माहिती नष्ट होते आणि अनेक दोष निर्माण होतात. म्हणून, प्रक्रिया पॅरामीटर्सच्या समायोजनाद्वारे पृष्ठभागाच्या पायरी संरचनेवर नियंत्रण मिळवणे आवश्यक आहे, जेणेकरून बहुरूपी दोषांची निर्मिती रोखता येईल, एकल स्फटिक स्वरूप मिळवण्याचा उद्देश साध्य करता येईल आणि अंतिमतः उच्च-गुणवत्तेचे स्फटिक तयार करता येतील.
सर्वात आधी विकसित झालेली SiC स्फटिक वाढवण्याची पद्धत म्हणून, भौतिक बाष्प परिवहन पद्धत (physical vapor transport method) ही सध्या SiC स्फटिक वाढवण्यासाठी सर्वात प्रचलित पद्धत आहे. इतर पद्धतींच्या तुलनेत, या पद्धतीसाठी वाढीच्या उपकरणांची आवश्यकता कमी असते, वाढ प्रक्रिया सोपी असते, मजबूत नियंत्रणक्षमता असते, तुलनेने सखोल विकास संशोधन झाले आहे आणि तिचा औद्योगिक वापरही झाला आहे. HTCVD पद्धतीचा फायदा हा आहे की, ती प्रवाहकीय (n, p) आणि उच्च-शुद्धतेचे अर्ध-विद्युतरोधक वेफर्स वाढवू शकते, आणि डोपिंगची घनता अशा प्रकारे नियंत्रित करू शकते की वेफरमधील वाहक घनता 3×10¹³~5×10¹⁹/cm³ दरम्यान समायोजित करता येते. याचे तोटे म्हणजे उच्च तांत्रिक मर्यादा आणि कमी बाजारपेठेतील वाटा. जसजसे द्रव-अवस्थेतील SiC स्फटिक वाढवण्याचे तंत्रज्ञान अधिक प्रगल्भ होत जाईल, तसतसे ते भविष्यात संपूर्ण SiC उद्योगाला पुढे नेण्यात मोठी क्षमता दर्शवेल आणि SiC स्फटिक वाढवण्याच्या क्षेत्रात एक नवीन महत्त्वपूर्ण टप्पा ठरण्याची शक्यता आहे.
पोस्ट करण्याची वेळ: १६ एप्रिल २०२४