Sinds de ontdekking ervan heeft siliciumcarbide brede aandacht getrokken. Siliciumcarbide bestaat uit half Si-atomen en half C-atomen, die door covalente bindingen met elkaar verbonden zijn via elektronenparen die sp3-hybride orbitalen delen. In de basisstructuur van het monokristal zijn vier Si-atomen gerangschikt in een regelmatige tetraëdrische structuur, waarbij het C-atoom zich in het midden van het regelmatige tetraëder bevindt. Omgekeerd kan het Si-atoom ook als het midden van het tetraëder worden beschouwd, waardoor SiC4 of CSi4 ontstaat. Tetraëdrische structuur. De covalente binding in SiC is sterk ionisch en de silicium-koolstofbindingsenergie is zeer hoog, ongeveer 4,47 eV. Door de lage stapelfoutenergie vormen siliciumcarbidekristallen gemakkelijk verschillende polytypen tijdens het groeiproces. Er zijn meer dan 200 polytypen bekend, die kunnen worden onderverdeeld in drie hoofdcategorieën: kubisch, hexagonaal en trigonaal.
De belangrijkste groeimethoden voor SiC-kristallen zijn momenteel de Physical Vapor Transport Method (PVT-methode), High Temperature Chemical Vapor Deposition (HTCVD-methode), Liquid Phase Method, enz. De PVT-methode is het meest volwassen en geschikt voor industriële massaproductie.
De zogenaamde PVT-methode verwijst naar het plaatsen van SiC-kiemkristallen bovenop de kroes en het plaatsen van SiC-poeder als grondstof op de bodem van de kroes. In een gesloten omgeving met hoge temperatuur en lage druk sublimeert het SiC-poeder en beweegt het omhoog onder invloed van temperatuurgradiënt en concentratieverschil. Een methode om het naar de omgeving van het kiemkristal te transporteren en het vervolgens te herkristalliseren na het bereiken van een oververzadigde toestand. Deze methode kan een gecontroleerde groei van de SiC-kristalgrootte en specifieke kristalvormen bereiken.
Het gebruik van de PVT-methode voor de groei van SiC-kristallen vereist echter altijd het handhaven van geschikte groeiomstandigheden tijdens het groeiproces op lange termijn, anders leidt dit tot roosterverstoring, wat de kwaliteit van het kristal beïnvloedt. De groei van SiC-kristallen vindt echter plaats in een afgesloten ruimte. Er zijn weinig effectieve monitoringmethoden en veel variabelen, waardoor procescontrole lastig is.
Bij het laten groeien van SiC-kristallen met de PVT-methode wordt de stapsgewijze groeimodus (Step Flow Growth) beschouwd als het belangrijkste mechanisme voor de stabiele groei van een enkelvoudige kristalvorm.
De verdampte Si- en C-atomen zullen zich bij voorkeur binden aan atomen op het kristaloppervlak bij het knikpunt, waar ze nucleëren en groeien, waardoor elke stap parallel voorwaarts stroomt. Wanneer de stapbreedte op het kristaloppervlak de diffusievrije weglengte van de adatomen ver overschrijdt, kan een groot aantal adatomen agglomereren, en de gevormde tweedimensionale eilandachtige groeimodus zal de stapstroomgroeimodus vernietigen, resulterend in verlies van 4H-kristalstructuurinformatie, wat resulteert in meervoudige defecten. Daarom moet de aanpassing van procesparameters de controle over de oppervlaktestapstructuur bereiken, waardoor het ontstaan van polymorfe defecten wordt onderdrukt, het doel wordt bereikt om een monokristalvorm te verkrijgen en uiteindelijk kristallen van hoge kwaliteit te produceren.
Als de vroegst ontwikkelde SiC-kristalgroeimethode is de fysische damptransportmethode momenteel de meest gangbare groeimethode voor SiC-kristallen. Vergeleken met andere methoden stelt deze methode lagere eisen aan groeiapparatuur, is het groeiproces eenvoudig, is het goed beheersbaar, is er relatief grondig onderzoek verricht en heeft het al industriële toepassing bereikt. Het voordeel van de HTCVD-methode is dat deze geleidende (n, p) en semi-isolerende wafers met een hoge zuiverheid kan kweken en dat de doteringsconcentratie kan worden geregeld, zodat de dragerconcentratie in de wafer instelbaar is tussen 3×1013~5×1019/cm3. De nadelen zijn de hoge technische drempel en het lage marktaandeel. Naarmate de technologie voor de groei van SiC-kristallen in de vloeibare fase zich verder ontwikkelt, zal deze een groot potentieel hebben voor de ontwikkeling van de gehele SiC-industrie in de toekomst en zal deze waarschijnlijk een nieuwe doorbraak betekenen in de groei van SiC-kristallen.
Plaatsingstijd: 16-04-2024