Sejak penemuannya, silikon karbida telah menarik perhatian meluas. Silikon karbida terdiri daripada separuh atom Si dan separuh atom C, yang dihubungkan oleh ikatan kovalen melalui pasangan elektron yang berkongsi orbital hibrid sp3. Dalam unit struktur asas kristal tunggalnya, empat atom Si disusun dalam struktur tetrahedral sekata, dan atom C terletak di tengah tetrahedron sekata. Sebaliknya, atom Si juga boleh dianggap sebagai pusat tetrahedron, sekali gus membentuk SiC4 atau CSi4. Struktur tetrahedral. Ikatan kovalen dalam SiC adalah sangat ionik, dan tenaga ikatan silikon-karbon adalah sangat tinggi, kira-kira 4.47eV. Disebabkan oleh tenaga sesar susunan yang rendah, kristal silikon karbida mudah membentuk pelbagai politip semasa proses pertumbuhan. Terdapat lebih daripada 200 politip yang diketahui, yang boleh dibahagikan kepada tiga kategori utama: kubik, heksagon dan trigonal.
Pada masa ini, kaedah pertumbuhan utama kristal SiC termasuk Kaedah Pengangkutan Wap Fizikal (kaedah PVT), Pemendapan Wap Kimia Suhu Tinggi (kaedah HTCVD), Kaedah Fasa Cecair, dan sebagainya. Antaranya, kaedah PVT lebih matang dan lebih sesuai untuk pengeluaran besar-besaran perindustrian.
Kaedah yang dipanggil PVT merujuk kepada meletakkan kristal biji SiC di bahagian atas mangkuk pijar, dan meletakkan serbuk SiC sebagai bahan mentah di bahagian bawah mangkuk pijar. Dalam persekitaran tertutup suhu tinggi dan tekanan rendah, serbuk SiC akan menyejukkan dan bergerak ke atas di bawah tindakan kecerunan suhu dan perbezaan kepekatan. Satu kaedah untuk mengangkutnya ke kawasan berhampiran kristal biji dan kemudian menghablurkannya semula selepas mencapai keadaan lampau tepu. Kaedah ini boleh mencapai pertumbuhan saiz kristal SiC dan bentuk kristal tertentu yang boleh dikawal.
Walau bagaimanapun, penggunaan kaedah PVT untuk menumbuhkan kristal SiC memerlukan sentiasa mengekalkan keadaan pertumbuhan yang sesuai semasa proses pertumbuhan jangka panjang, jika tidak, ia akan menyebabkan gangguan kekisi, sekali gus menjejaskan kualiti kristal. Walau bagaimanapun, pertumbuhan kristal SiC diselesaikan dalam ruang tertutup. Terdapat beberapa kaedah pemantauan yang berkesan dan banyak pembolehubah, jadi kawalan proses adalah sukar.
Dalam proses penumbuhan kristal SiC melalui kaedah PVT, mod pertumbuhan aliran langkah (Pertumbuhan Aliran Langkah) dianggap sebagai mekanisme utama untuk pertumbuhan stabil bagi bentuk kristal tunggal.
Atom Si dan atom C yang mengewap akan berikatan secara pilihan dengan atom permukaan kristal pada titik kink, di mana ia akan nukleus dan tumbuh, menyebabkan setiap langkah mengalir ke hadapan secara selari. Apabila lebar langkah pada permukaan kristal jauh melebihi laluan bebas resapan adatom, sebilangan besar adatom mungkin akan menggumpal, dan mod pertumbuhan seperti pulau dua dimensi yang terbentuk akan memusnahkan mod pertumbuhan aliran langkah, mengakibatkan kehilangan maklumat struktur kristal 4H, mengakibatkan Pelbagai kecacatan. Oleh itu, pelarasan parameter proses mesti mencapai kawalan struktur langkah permukaan, sekali gus menyekat penghasilan kecacatan polimorfik, mencapai tujuan untuk mendapatkan bentuk kristal tunggal, dan akhirnya menyediakan kristal berkualiti tinggi.
Sebagai kaedah pertumbuhan kristal SiC yang terawal dibangunkan, kaedah pengangkutan wap fizikal kini merupakan kaedah pertumbuhan paling arus perdana untuk menumbuhkan kristal SiC. Berbanding dengan kaedah lain, kaedah ini mempunyai keperluan peralatan pertumbuhan yang lebih rendah, proses pertumbuhan yang mudah, kawalan yang kuat, penyelidikan pembangunan yang agak menyeluruh, dan telah mencapai aplikasi perindustrian. Kelebihan kaedah HTCVD ialah ia boleh menumbuhkan wafer separa penebat konduktif (n, p) dan ketulenan tinggi, dan boleh mengawal kepekatan doping supaya kepekatan pembawa dalam wafer boleh dilaraskan antara 3×1013~5×1019/cm3. Kelemahannya ialah ambang teknikal yang tinggi dan bahagian pasaran yang rendah. Memandangkan teknologi pertumbuhan kristal SiC fasa cecair terus matang, ia akan menunjukkan potensi yang besar dalam memajukan keseluruhan industri SiC pada masa hadapan dan berkemungkinan menjadi titik terobosan baharu dalam pertumbuhan kristal SiC.
Masa siaran: 16-Apr-2024