De la descoperirea sa, carbura de siliciu a atras o atenție largă. Carbura de siliciu este compusă din jumătate atomi de Si și jumătate atomi de C, care sunt conectați prin legături covalente prin perechi de electroni care au orbitali hibridi sp3 în comun. În unitatea structurală de bază a monocristalului său, patru atomi de Si sunt aranjați într-o structură tetraedrică regulată, iar atomul de C este situat în centrul tetraedrului regulat. În schimb, atomul de Si poate fi, de asemenea, considerat centrul tetraedrului, formând astfel SiC4 sau CSi4. Structură tetraedrică. Legătura covalentă din SiC este puternic ionică, iar energia legăturii siliciu-carbon este foarte mare, de aproximativ 4,47 eV. Datorită energiei scăzute de stivuire, cristalele de carbură de siliciu formează cu ușurință diverse politipuri în timpul procesului de creștere. Există peste 200 de politipuri cunoscute, care pot fi împărțite în trei categorii majore: cubice, hexagonale și trigonale.
În prezent, principalele metode de creștere a cristalelor de SiC includ metoda transportului fizic de vapori (metoda PVT), depunerea chimică de vapori la temperatură înaltă (metoda HTCVD), metoda fazei lichide etc. Printre acestea, metoda PVT este mai matură și mai potrivită pentru producția industrială de masă.
Așa-numita metodă PVT se referă la plasarea cristalelor de însămânțare de SiC în partea superioară a creuzetului și la plasarea pulberii de SiC ca materie primă în partea de jos a creuzetului. Într-un mediu închis, cu temperatură ridicată și presiune scăzută, pulberea de SiC se sublimează și se deplasează în sus sub acțiunea gradientului de temperatură și a diferenței de concentrație. O metodă de transport al acesteia în vecinătatea cristalului de însămânțare și apoi de recristalizare a acestuia după atingerea unei stări suprasaturate. Această metodă poate realiza o creștere controlabilă a dimensiunii cristalelor de SiC și a formelor cristaline specifice.
Totuși, utilizarea metodei PVT pentru creșterea cristalelor de SiC necesită menținerea în permanență a unor condiții de creștere adecvate pe parcursul procesului de creștere pe termen lung, altfel va duce la o dezordine a rețelei, afectând astfel calitatea cristalului. Cu toate acestea, creșterea cristalelor de SiC se desfășoară într-un spațiu închis. Există puține metode eficiente de monitorizare și multe variabile, astfel încât controlul procesului este dificil.
În procesul de creștere a cristalelor de SiC prin metoda PVT, modul de creștere în trepte (Step Flow Growth) este considerat a fi principalul mecanism pentru creșterea stabilă a unei forme monocristaline.
Atomii de Si și atomii de C vaporizați se vor lega preferențial de atomii de la suprafața cristalului în punctul de îndoire, unde se vor nuclea și vor crește, determinând fiecare pas să curgă înainte în paralel. Atunci când lățimea pasului pe suprafața cristalului depășește cu mult calea liberă de difuzie a atomilor de adanomă, un număr mare de atomi de adanomă se pot aglomera, iar modul de creștere bidimensional de tip insulă format va distruge modul de creștere a fluxului în pași, rezultând pierderea informațiilor despre structura cristalină 4H, rezultând defecte multiple. Prin urmare, ajustarea parametrilor procesului trebuie să realizeze controlul structurii pașilor de la suprafață, suprimând astfel generarea de defecte polimorfice, atingând scopul de a obține o formă monocristalină și, în cele din urmă, preparând cristale de înaltă calitate.
Fiind cea mai veche metodă de creștere a cristalelor de SiC dezvoltată, metoda de transport fizic al vaporilor este în prezent cea mai răspândită metodă de creștere a cristalelor de SiC. Comparativ cu alte metode, această metodă are cerințe mai mici pentru echipamentele de creștere, un proces de creștere simplu, o controlabilitate puternică, cercetări de dezvoltare relativ amănunțite și a atins deja aplicații industriale. Avantajul metodei HTCVD este că poate crește napolitane semiizolante conductive (n, p) și de înaltă puritate și poate controla concentrația de dopare astfel încât concentrația purtătorilor din napolitană să fie reglabilă între 3×1013~5×1019/cm3. Dezavantajele sunt pragul tehnic ridicat și cota de piață redusă. Pe măsură ce tehnologia de creștere a cristalelor de SiC în fază lichidă continuă să se maturizeze, aceasta va demonstra un mare potențial în avansarea întregii industrii SiC în viitor și este probabil să reprezinte un nou punct de inovație în creșterea cristalelor de SiC.
Data publicării: 16 aprilie 2024