Siden oppdagelsen har silisiumkarbid fått bred oppmerksomhet. Silisiumkarbid består av halvparten Si-atomer og halvparten C-atomer, som er forbundet med kovalente bindinger gjennom elektronpar som deler sp3-hybridorbitaler. I den grunnleggende strukturelle enheten i enkeltkrystallen er fire Si-atomer arrangert i en regulær tetraedrisk struktur, og C-atomet er plassert i sentrum av det regulære tetraederet. Omvendt kan Si-atomet også betraktes som sentrum av tetraederet, og danner dermed SiC4 eller CSi4. Tetraedrisk struktur. Den kovalente bindingen i SiC er svært ionisk, og silisium-karbonbindingsenergien er svært høy, omtrent 4,47 eV. På grunn av den lave stablingsfeilenergien, danner silisiumkarbidkrystaller lett forskjellige polytyper under vekstprosessen. Det er mer enn 200 kjente polytyper, som kan deles inn i tre hovedkategorier: kubisk, heksagonal og trigonal.
For tiden inkluderer de viktigste vekstmetodene for SiC-krystaller fysisk damptransportmetode (PVT-metode), høytemperaturkjemisk dampavsetning (HTCVD-metode), flytende fasemetode, etc. Blant disse er PVT-metoden mer moden og mer egnet for industriell masseproduksjon.
Den såkalte PVT-metoden refererer til å plassere SiC-kimkrystaller på toppen av digelen, og plassere SiC-pulver som råmateriale i bunnen av digelen. I et lukket miljø med høy temperatur og lavt trykk sublimerer SiC-pulveret og beveger seg oppover under påvirkning av temperaturgradient og konsentrasjonsforskjell. En metode for å transportere det til nærheten av kimkrystallen og deretter omkrystallisere det etter å ha nådd en overmettet tilstand. Denne metoden kan oppnå kontrollerbar vekst av SiC-krystallstørrelse og spesifikke krystallformer.
Bruk av PVT-metoden for å dyrke SiC-krystaller krever imidlertid at man alltid opprettholder passende vekstforhold under den langsiktige vekstprosessen, ellers vil det føre til gitterforstyrrelser, som dermed påvirker krystallens kvalitet. Veksten av SiC-krystaller fullføres imidlertid i et lukket rom. Det finnes få effektive overvåkingsmetoder og mange variabler, så prosesskontroll er vanskelig.
I prosessen med å dyrke SiC-krystaller ved hjelp av PVT-metoden, anses trinnvis vekstmodus (Step Flow Growth) å være hovedmekanismen for stabil vekst av en enkeltkrystallform.
De fordampede Si-atomene og C-atomene vil fortrinnsvis binde seg til krystalloverflateatomene ved knekkpunktet, hvor de vil danne kjerner og vokse, noe som fører til at hvert trinn flyter fremover parallelt. Når trinnbredden på krystalloverflaten langt overstiger den diffusjonsfrie banen til adatomer, kan et stort antall adatomer agglomerere, og den todimensjonale øylignende vekstmodusen som dannes vil ødelegge trinnflytvekstmodusen, noe som resulterer i tap av 4H-krystallstrukturinformasjon, noe som resulterer i flere defekter. Derfor må justeringen av prosessparametrene oppnå kontroll over overflatetrinnstrukturen, og dermed undertrykke genereringen av polymorfe defekter, oppnå formålet med å oppnå en enkeltkrystallform, og til slutt fremstille krystaller av høy kvalitet.
Som den tidligst utviklede SiC-krystallvekstmetoden er den fysiske damptransportmetoden for tiden den mest vanlige vekstmetoden for dyrking av SiC-krystaller. Sammenlignet med andre metoder har denne metoden lavere krav til vekstutstyr, en enkel vekstprosess, sterk kontrollerbarhet, relativt grundig utviklingsforskning og har allerede oppnådd industriell anvendelse. Fordelen med HTCVD-metoden er at den kan dyrke ledende (n, p) og høyrenhets halvisolerende wafere, og kan kontrollere dopingkonsentrasjonen slik at bærerkonsentrasjonen i waferen er justerbar mellom 3 × 1013 ~ 5 × 1019 / cm3. Ulempene er høy teknisk terskel og lav markedsandel. Etter hvert som væskefase SiC-krystallvekstteknologien fortsetter å modnes, vil den vise stort potensial for å fremme hele SiC-industrien i fremtiden og vil sannsynligvis være et nytt gjennombruddspunkt innen SiC-krystallvekst.
Publisert: 16. april 2024