Od momentu odkrycia węglik krzemu przyciągnął powszechną uwagę. Węglik krzemu składa się z połowy atomów Si i połowy atomów C, które są połączone wiązaniami kowalencyjnymi poprzez pary elektronów dzielące orbitale hybrydowe sp3. W podstawowej jednostce strukturalnej jego pojedynczego kryształu cztery atomy Si są ułożone w regularnej strukturze czworościennej, a atom C znajduje się w środku regularnego czworościanu. Odwrotnie, atom Si można również uznać za środek czworościanu, tworząc w ten sposób SiC4 lub CSi4. Struktura czworościenna. Wiązanie kowalencyjne w SiC jest wysoce jonowe, a energia wiązania krzem-węgiel jest bardzo wysoka, około 4,47 eV. Ze względu na niską energię błędu ułożenia kryształy węglika krzemu łatwo tworzą różne politypy podczas procesu wzrostu. Istnieje ponad 200 znanych politypów, które można podzielić na trzy główne kategorie: sześcienne, heksagonalne i trygonalne.
Obecnie główne metody wzrostu kryształów SiC obejmują metodę fizycznego transportu z fazy gazowej (metoda PVT), osadzanie chemiczne z fazy gazowej w wysokiej temperaturze (metoda HTCVD), metodę fazy ciekłej itp. Spośród nich metoda PVT jest bardziej dojrzała i bardziej odpowiednia do masowej produkcji przemysłowej.
Tak zwana metoda PVT polega na umieszczeniu kryształów zarodkowych SiC na górze tygla i umieszczeniu proszku SiC jako surowca na dnie tygla. W zamkniętym środowisku o wysokiej temperaturze i niskim ciśnieniu proszek SiC sublimuje i przemieszcza się w górę pod wpływem gradientu temperatury i różnicy stężeń. Metoda transportu w pobliże kryształu zarodkowego, a następnie rekrystalizacji po osiągnięciu stanu przesyconego. Ta metoda umożliwia kontrolowany wzrost wielkości kryształu SiC i określonych form kryształów.
Jednakże, stosowanie metody PVT do hodowli kryształów SiC wymaga ciągłego utrzymywania odpowiednich warunków wzrostu podczas długoterminowego procesu wzrostu, w przeciwnym razie doprowadzi to do nieporządku sieci, co wpłynie na jakość kryształu. Jednakże wzrost kryształów SiC odbywa się w zamkniętej przestrzeni. Istnieje niewiele skutecznych metod monitorowania i wiele zmiennych, więc kontrola procesu jest trudna.
W procesie hodowli kryształów SiC metodą PVT, tryb wzrostu krokowego (Step Flow Growth) jest uważany za główny mechanizm stabilnego wzrostu formy monokryształu.
Odparowane atomy Si i atomy C będą preferencyjnie wiązać się z atomami powierzchni kryształu w punkcie załamania, gdzie będą się zarodkować i rosnąć, powodując, że każdy krok będzie płynął do przodu równolegle. Gdy szerokość kroku na powierzchni kryształu znacznie przekroczy swobodną ścieżkę dyfuzji adatomów, duża liczba adatomów może się aglomerować, a dwuwymiarowy, wyspowy tryb wzrostu utworzony zniszczy tryb wzrostu przepływu krokowego, co spowoduje utratę informacji o strukturze kryształu 4H, co doprowadzi do powstania wielu defektów. Dlatego dostosowanie parametrów procesu musi zapewnić kontrolę nad strukturą kroku powierzchni, tym samym tłumiąc generowanie defektów polimorficznych, osiągając cel uzyskania formy pojedynczego kryształu i ostatecznie przygotowując kryształy wysokiej jakości.
Jako najwcześniej opracowana metoda wzrostu kryształów SiC, metoda fizycznego transportu pary jest obecnie najbardziej popularną metodą wzrostu kryształów SiC. W porównaniu z innymi metodami, ta metoda ma niższe wymagania dotyczące sprzętu do wzrostu, prosty proces wzrostu, silną sterowalność, stosunkowo dokładne badania rozwojowe i już osiągnęła zastosowanie przemysłowe. Zaletą metody HTCVD jest to, że może ona hodować przewodzące (n, p) i półizolacyjne wafle o wysokiej czystości i może kontrolować stężenie domieszek, tak aby stężenie nośników w waflu było regulowane w zakresie 3×1013~5×1019/cm3. Wadami są wysoki próg techniczny i niski udział w rynku. W miarę dojrzewania technologii wzrostu kryształów SiC w fazie ciekłej, będzie ona wykazywać duży potencjał w rozwijaniu całej branży SiC w przyszłości i prawdopodobnie będzie nowym przełomowym punktem w rozwoju kryształów SiC.
Czas publikacji: 16-kwi-2024