De PVT-methode, voluit Physical Vapor Transportation, is een veelgebruikte methode voor het kweken van siliciumcarbide (SiCKristallisatie vindt plaats onder hoge temperatuur en hoge druk. Het basisprincipe is het verhitten van siliciumcarbidepoeder tot sublimatie bij een temperatuur boven 2300 °C in een omgeving met lage druk, bijna vacuüm. Hierbij ontstaat een reactiegas dat gasvormige componenten bevat zoals Si, Si₂C en SiC₂. Door de verschillende partiële gasdrukken van de Si- en C-componenten die ontstaan door de sublimatiereactie in de vaste fase, varieert de stoichiometrische Si/C-verhouding met de thermische veldverdeling. Daarom is het noodzakelijk om de verdeling en het transport van de gasfasecomponenten te controleren, zodat ze de specifieke kristallisatieposities in de groeikamer bereiken.
Om te voorkomen dat ongeordende gasfasekristallisatie leidt tot de vorming van polykristallijn siliciumcarbide, worden siliciumcarbide-kiemkristallen bovenin de groeikamer geplaatst. Onder invloed van de gasfase-oververzadiging zullen de gasfasecomponenten zich afzetten op het oppervlak van het kiemkristal en zo siliciumcarbide-eenkristallen vormen. Het gehele reactieproces vindt plaats in een gesloten groeikamer, waar alle parameters van het reactiesysteem met elkaar verbonden zijn. Elke fluctuatie in de groeiomstandigheden zal de stabiliteit van de eenkristalgroei beïnvloeden.
Bovendien leiden de verschillende dichtgepakte structuren van siliciumcarbide-eenkristallen, afhankelijk van hun kristaloriëntatie, tot diverse atomaire verbindingen en bindingsmethoden, waardoor meer dan 200 kristalvormen van siliciumcarbide-isomeren ontstaan. De energiebarrière tussen de verschillende kristalvormen is extreem laag, waardoor kristalvormtransformatie zeer waarschijnlijk is in het PVT-eenkristalgroeisysteem. Dit resulteert in ongeordende doelkristalvormen en diverse kristallisatiedefecten. Daarom is het noodzakelijk om speciale inspectieapparatuur te gebruiken om de kristalvorm en diverse defecten van de kristalstaaf te detecteren.
Het bereidingsproces van siliciumcarbide stelt extreem hoge eisen, die zich met name manifesteren in de volgende aspecten:
- Er zijn veel milieuverontreinigingen in het syntheseproces van siliciumcarbidepoeder, waardoor het moeilijk is om poeder met een hoge zuiverheid te verkrijgen. De onvolledige reactie tussen siliciumpoeder en koolstofpoeder als reactiebron kan leiden tot een onevenwicht in de Si/C-verhouding. De kristalvorm en de deeltjesgrootte van het siliciumcarbidepoeder na synthese zijn moeilijk te beheersen.
- Onder omstandigheden van hoge temperaturen boven 2300℃ en bijna vacuüm ondergaat siliciumcarbide een "vast-gas-vast"-transformatie en herkristallisatieproces in een gesloten grafietkamer. Dit proces heeft een lange groeicyclus, is moeilijk te beheersen en is gevoelig voor defecten zoals microtubuli en insluitsels.
- Siliciumcarbide kent meer dan 200 verschillende kristalvormen, maar voor de productie is meestal slechts één kristalvorm nodig. Tijdens het groeiproces is de kans groot dat er een transformatie van de kristalvorm optreedt, wat resulteert in diverse soorten insluitsels. Tijdens het bereidingsproces is het moeilijk om een enkele specifieke kristalvorm stabiel te controleren, en de energiebarrière tussen de verschillende kristalvormen is extreem laag, wat de controle verder bemoeilijkt. De parametercontrole en het bijbehorende onderzoek in deze periode vergen enorme R&D-kosten, wat ook een van de redenen is voor de hoge kosten van flexibel siliciumcarbide.
Geplaatst op: 3 juli 2025