Metoda PVT, al cărei nume complet este Transportul fizic al vaporilor, este o metodă comună pentru creșterea carburii de siliciu (Sic)cristale la temperatură și presiune ridicată. Principiul său de bază este încălzirea pulberii de carbură de siliciu până la sublimare la o temperatură peste 2300℃ și într-un mediu de presiune scăzută, apropiat de vid, formând un gaz de reacție care conține componente gazoase precum Si, Si2C și SiC2. Datorită diferitelor presiuni parțiale în fază gazoasă ale componentelor Si și C formate prin reacția de sublimare în fază solidă, raportul stoichiometric Si/C variază în funcție de distribuția câmpului termic. Prin urmare, este necesar să se controleze distribuția și transportul componentelor în fază gazoasă pentru a se asigura că acestea ajung în pozițiile specifice de cristalizare din camera de creștere.
Pentru a preveni formarea de carbură de siliciu policristalină prin cristalizare dezordonată în fază gazoasă, cristalele de însămânțare de carbură de siliciu sunt plasate în partea superioară a camerei de creștere. Sub impulsul suprasaturării în fază gazoasă, componentele în fază gazoasă se vor depune pe suprafața cristalului de însămânțare pentru a forma monocristale de carbură de siliciu. Întregul proces de reacție are loc într-o cameră de creștere închisă, unde toți parametrii sistemului de reacție sunt cuplați între ei. Orice fluctuație a condițiilor de creștere va afecta stabilitatea creșterii monocristalului.
În plus, diferitele structuri compacte ale monocristalelor de carbură de siliciu, în ceea ce privește orientarea lor cristalină, duc la diverse metode de conectare și legare atomică, formând astfel peste 200 de forme cristaline de izomeri de carbură de siliciu. Bariera de conversie energetică dintre diferitele forme cristaline este extrem de scăzută, astfel încât transformarea formei cristaline este foarte probabilă în sistemul de creștere monocristalină PVT, rezultând forme cristaline țintă dezordonate și diverse defecte de cristalizare. Prin urmare, este necesar să se utilizeze echipamente de inspecție dedicate pentru a detecta forma cristalină și diverse defecte ale lingoului de cristal.
Procesul de preparare a carburii de siliciu are cerințe extrem de ridicate, manifestate în principal în următoarele aspecte:
- În procesul de sinteză a pulberii de carbură de siliciu există numeroase impurități din mediu, ceea ce face dificilă obținerea unei pulberi de înaltă puritate. Reacția incompletă dintre pulberea de siliciu și pulberea de carbon, ca sursă de reacție, este predispusă la un dezechilibru în raportul Si/C. Forma cristalină și dimensiunea particulelor pulberii de carbură de siliciu după sinteză sunt dificil de controlat.
- În condiții de temperatură ridicată, peste 2300℃ și aproape de vid, carbura de siliciu trece printr-un proces de transformare și recristalizare de tip „solid-gaz-solid” într-o cameră închisă de grafit. Acest proces are un ciclu lung de creștere, este dificil de controlat și este predispus la defecte precum microtubuli și incluziuni.
- Carbura de siliciu include peste 200 de forme cristaline diferite, dar producția necesită de obicei o singură formă cristalină. În timpul procesului de creștere, este probabil să apară transformarea formei cristaline, rezultând defecte de incluziune multitip. În timpul procesului de preparare, este dificil să se controleze stabil o singură formă cristalină specifică, iar bariera de conversie a energiei între diferite forme cristaline este extrem de scăzută, ceea ce crește dificultatea controlului. Controlul parametrilor și cercetarea aferentă din această perioadă necesită costuri uriașe de cercetare și dezvoltare, acesta fiind, de asemenea, unul dintre motivele costului ridicat al carburii de siliciu conforme.
Data publicării: 03 iulie 2025