Desde sua descoberta, o carboneto de silício tem atraído ampla atenção. O carboneto de silício é composto por metade de átomos de Si e metade de átomos de C, que são conectados por ligações covalentes através de pares de elétrons que compartilham orbitais híbridos sp3. Na unidade estrutural básica de seu monocristal, quatro átomos de Si são organizados em uma estrutura tetraédrica regular, e o átomo de C está localizado no centro do tetraedro regular. Por outro lado, o átomo de Si também pode ser considerado o centro do tetraedro, formando assim SiC4 ou CSi4. Estrutura tetraédrica. A ligação covalente no SiC é altamente iônica, e a energia da ligação silício-carbono é muito alta, cerca de 4,47 eV. Devido à baixa energia de falha de empilhamento, os cristais de carboneto de silício formam facilmente vários politipos durante o processo de crescimento. Existem mais de 200 politipos conhecidos, que podem ser divididos em três categorias principais: cúbico, hexagonal e trigonal.
Atualmente, os principais métodos de crescimento de cristais de SiC incluem o Método de Transporte Físico de Vapor (método PVT), a Deposição Química de Vapor em Alta Temperatura (método HTCVD), o Método da Fase Líquida, etc. Entre eles, o método PVT é mais maduro e mais adequado para a produção industrial em massa.
O chamado método PVT consiste na colocação de cristais-semente de SiC na parte superior do cadinho e a colocação de pó de SiC como matéria-prima na parte inferior. Em um ambiente fechado de alta temperatura e baixa pressão, o pó de SiC sublima e se move para cima sob a ação do gradiente de temperatura e da diferença de concentração. Trata-se de um método que o transporta para perto do cristal-semente e o recristaliza após atingir um estado supersaturado. Este método permite o crescimento controlável do tamanho e das formas específicas do cristal de SiC.
No entanto, o uso do método PVT para o crescimento de cristais de SiC exige a manutenção constante de condições de crescimento adequadas durante o processo de crescimento a longo prazo, caso contrário, ocorrerá desordem na rede, afetando a qualidade do cristal. No entanto, o crescimento de cristais de SiC é realizado em um espaço fechado. Existem poucos métodos de monitoramento eficazes e muitas variáveis, dificultando o controle do processo.
No processo de crescimento de cristais de SiC pelo método PVT, o modo de crescimento de fluxo em etapas (Step Flow Growth) é considerado o principal mecanismo para o crescimento estável de uma única forma de cristal.
Os átomos de Si e C vaporizados se ligarão preferencialmente aos átomos da superfície do cristal no ponto de torção, onde se nuclearão e crescerão, fazendo com que cada etapa flua paralelamente. Quando a largura da etapa na superfície do cristal excede em muito o caminho livre de difusão dos adátomos, um grande número de adátomos pode se aglomerar, e o modo de crescimento bidimensional em forma de ilha formado destruirá o modo de crescimento do fluxo em etapas, resultando na perda de informações da estrutura cristalina 4H, resultando em múltiplos defeitos. Portanto, o ajuste dos parâmetros do processo deve atingir o controle da estrutura da etapa da superfície, suprimindo assim a geração de defeitos polimórficos, alcançando o objetivo de obter uma forma de cristal único e, finalmente, preparando cristais de alta qualidade.
Sendo o método de crescimento de cristais de SiC mais antigo desenvolvido, o método de transporte físico de vapor é atualmente o método de crescimento mais comum para o crescimento de cristais de SiC. Comparado a outros métodos, este método requer menos equipamento de crescimento, um processo de crescimento simples, forte controlabilidade, pesquisa de desenvolvimento relativamente completa e já alcançou aplicação industrial. A vantagem do método HTCVD é que ele pode crescer wafers semi-isolantes condutivos (n, p) e de alta pureza, e pode controlar a concentração de dopagem para que a concentração de portadores no wafer seja ajustável entre 3 × 1013 ~ 5 × 1019/cm3. As desvantagens são o alto limiar técnico e a baixa participação de mercado. À medida que a tecnologia de crescimento de cristais de SiC em fase líquida continua a amadurecer, ela mostrará grande potencial para o avanço de toda a indústria de SiC no futuro e provavelmente será um novo ponto de ruptura no crescimento de cristais de SiC.
Horário da publicação: 16/04/2024