С момента своего открытия карбид кремния привлек всеобщее внимание. Карбид кремния состоит из половины атомов Si и половины атомов C, которые соединены ковалентными связями через электронные пары, разделяющие гибридные орбитали sp3. В основной структурной единице его монокристалла четыре атома Si расположены в правильной тетраэдрической структуре, а атом C расположен в центре правильного тетраэдра. Наоборот, атом Si также можно рассматривать как центр тетраэдра, тем самым образуя SiC4 или CSi4. Тетраэдрическая структура. Ковалентная связь в SiC является высокоионной, а энергия связи кремний-углерод очень высока, около 4,47 эВ. Из-за низкой энергии дефекта упаковки кристаллы карбида кремния легко образуют различные политипы в процессе роста. Существует более 200 известных политипов, которые можно разделить на три основные категории: кубические, гексагональные и тригональные.
В настоящее время основными методами выращивания кристаллов SiC являются метод физического переноса паров (метод PVT), метод высокотемпературного химического осаждения из паровой фазы (метод HTCVD), метод жидкой фазы и т. д. Среди них метод PVT является более зрелым и больше подходит для промышленного массового производства.
Так называемый метод PVT относится к размещению затравочных кристаллов SiC на верхней части тигля и размещению порошка SiC в качестве сырья на дне тигля. В закрытой среде высокой температуры и низкого давления порошок SiC сублимируется и перемещается вверх под действием градиента температуры и разницы концентраций. Метод транспортировки его в область затравочного кристалла и последующей его перекристаллизации после достижения пересыщенного состояния. Этот метод позволяет достичь контролируемого роста размера кристалла SiC и определенных форм кристаллов.
Однако использование метода PVT для выращивания кристаллов SiC требует постоянного поддержания соответствующих условий роста в течение длительного процесса роста, в противном случае это приведет к беспорядку решетки, что повлияет на качество кристалла. Однако рост кристаллов SiC завершается в закрытом пространстве. Существует мало эффективных методов контроля и много переменных, поэтому управление процессом затруднено.
При выращивании кристаллов SiC методом PVT основным механизмом, обеспечивающим устойчивый рост монокристаллической формы, считается режим ступенчатого роста (Step Flow Growth).
Испаренные атомы Si и атомы C будут преимущественно связываться с атомами поверхности кристалла в точке перегиба, где они будут зарождаться и расти, заставляя каждую ступеньку течь вперед параллельно. Когда ширина ступеньки на поверхности кристалла намного превышает свободный пробег диффузии адатомов, большое количество адатомов может агломерироваться, и образованный двумерный островной режим роста разрушит режим роста ступенчатого потока, что приведет к потере информации о структуре кристалла 4H, что приведет к множественным дефектам. Поэтому корректировка параметров процесса должна достигать контроля структуры ступени поверхности, тем самым подавляя генерацию полиморфных дефектов, достигая цели получения единой кристаллической формы и в конечном итоге получая высококачественные кристаллы.
Как самый ранний разработанный метод роста кристаллов SiC, метод физического переноса паров в настоящее время является наиболее распространенным методом роста для выращивания кристаллов SiC. По сравнению с другими методами этот метод имеет более низкие требования к оборудованию для роста, простой процесс роста, сильную управляемость, относительно тщательные исследования в области разработки и уже достиг промышленного применения. Преимущество метода HTCVD заключается в том, что он может выращивать проводящие (n, p) и высокочистые полуизолирующие пластины, а также может контролировать концентрацию легирования, так что концентрация носителей в пластине регулируется в диапазоне от 3×1013 до 5×1019/см3. Недостатками являются высокий технический порог и низкая доля на рынке. Поскольку технология роста кристаллов SiC в жидкой фазе продолжает развиваться, она покажет большой потенциал в продвижении всей отрасли SiC в будущем и, вероятно, станет новой точкой прорыва в росте кристаллов SiC.
Время публикации: 16 апреля 2024 г.