Metoda PVT, której pełna nazwa to Physical Vapor Transportation, jest powszechnie stosowaną metodą hodowli węglika krzemu (SiC)kryształów w wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem. Jej podstawowa zasada polega na podgrzaniu proszku węglika krzemu do sublimacji w temperaturze powyżej 2300°C i w środowisku niskiego ciśnienia bliskiego próżni, tworząc gaz reakcyjny zawierający składniki gazowe, takie jak Si, Si2C i SiC2. Ze względu na różne ciśnienia parcjalne w fazie gazowej składników Si i C powstających w reakcji sublimacji w fazie stałej, stosunek stechiometryczny Si/C zmienia się wraz z rozkładem pola termicznego. Dlatego konieczna jest kontrola rozkładu i transportu składników fazy gazowej, aby zapewnić ich dotarcie do określonych miejsc krystalizacji w komorze wzrostu.
Aby zapobiec nieuporządkowanej krystalizacji w fazie gazowej i tworzeniu polikrystalicznego węglika krzemu, w górnej części komory wzrostu umieszczane są kryształy zarodkowe węglika krzemu. Pod wpływem przesycenia fazy gazowej, składniki fazy gazowej osadzają się na powierzchni kryształu zarodkowego, tworząc monokryształy węglika krzemu. Cały proces reakcji zachodzi w zamkniętej komorze wzrostu, gdzie wszystkie parametry układu reakcyjnego są ze sobą sprzężone. Wszelkie wahania warunków wzrostu wpływają na stabilność wzrostu monokryształu.
Ponadto, zróżnicowane pod względem orientacji krystalicznej struktury monokryształów węglika krzemu prowadzą do różnych metod połączeń i wiązań atomowych, tworząc w ten sposób ponad 200 form krystalicznych izomerów węglika krzemu. Bariera konwersji energii między różnymi formami krystalicznymi jest wyjątkowo niska, dlatego w systemie wzrostu monokryształów PVT bardzo prawdopodobne jest przekształcenie form krystalicznych, co prowadzi do powstania nieuporządkowanych form docelowych i różnych defektów krystalizacji. Dlatego konieczne jest stosowanie specjalistycznego sprzętu inspekcyjnego w celu wykrycia formy krystalicznej i różnych defektów wlewka.
Proces przygotowania węglika krzemu stawia niezwykle wysokie wymagania, które objawiają się głównie w następujących aspektach:
- W procesie syntezy proszku węglika krzemu występuje wiele zanieczyszczeń środowiskowych, co utrudnia uzyskanie proszku o wysokiej czystości. Niepełna reakcja między proszkiem krzemu a proszkiem węgla, jako źródłem reakcji, może prowadzić do zaburzenia równowagi w stosunku Si/C. Forma krystaliczna i wielkość cząstek proszku węglika krzemu po syntezie są trudne do kontrolowania.
- W warunkach wysokiej temperatury powyżej 2300°C i bliskiej próżni, węglik krzemu przechodzi proces transformacji i rekrystalizacji „ciało stałe-gaz-ciało stałe” w zamkniętej komorze grafitowej. Proces ten charakteryzuje się długim cyklem wzrostu, jest trudny do kontrolowania i podatny na defekty, takie jak mikrotubule i inkluzje.
- Węglik krzemu występuje w ponad 200 różnych formach krystalicznych, ale jego produkcja zazwyczaj wymaga tylko jednej. Podczas procesu wzrostu kryształów zachodzi podatność na transformację form krystalicznych, co prowadzi do powstawania defektów wtrąceń wielotypowych. W procesie preparacji trudno jest stabilnie kontrolować jedną, konkretną formę krystaliczną, a bariera konwersji energii między różnymi formami krystalicznymi jest wyjątkowo niska, co utrudnia kontrolę. Kontrola parametrów i związane z nią badania w tym okresie wymagają ogromnych nakładów badawczo-rozwojowych, co jest również jednym z powodów wysokich kosztów węglika krzemu.
Czas publikacji: 03-07-2025