Od svojho objavenia priťahuje karbid kremíka širokú pozornosť. Karbid kremíka sa skladá z polovice atómov Si a polovice atómov C, ktoré sú spojené kovalentnými väzbami prostredníctvom elektrónových párov zdieľajúcich sp3 hybridné orbitaly. V základnej štrukturálnej jednotke jeho monokryštálu sú štyri atómy Si usporiadané v pravidelnej tetraedrickej štruktúre a atóm C sa nachádza v strede pravidelného tetraédra. Naopak, atóm Si možno tiež považovať za stred tetraédra, čím tvorí SiC4 alebo CSi4. Tetraedrická štruktúra. Kovalentná väzba v SiC je vysoko iónová a energia väzby kremík-uhlík je veľmi vysoká, približne 4,47 eV. Vďaka nízkej energii chyby skladania kryštály karbidu kremíka ľahko tvoria rôzne polytypy počas procesu rastu. Existuje viac ako 200 známych polytypov, ktoré možno rozdeliť do troch hlavných kategórií: kubické, hexagonálne a trigonálne.
V súčasnosti medzi hlavné metódy rastu kryštálov SiC patrí fyzikálna metóda transportu pár (metóda PVT), chemická depozícia pár pri vysokých teplotách (metóda HTCVD), metóda kvapalnej fázy atď. Spomedzi nich je metóda PVT vyspelejšia a vhodnejšia pre priemyselnú hromadnú výrobu.
Takzvaná PVT metóda sa vzťahuje na umiestnenie zárodočných kryštálov SiC na vrch téglika a umiestnenie prášku SiC ako suroviny na spodok téglika. V uzavretom prostredí s vysokou teplotou a nízkym tlakom prášok SiC sublimuje a pohybuje sa nahor pôsobením teplotného gradientu a rozdielu koncentrácií. Ide o metódu jeho prepravy do blízkosti zárodočného kryštálu a následnej rekryštalizácie po dosiahnutí presýteného stavu. Táto metóda umožňuje dosiahnuť kontrolovaný rast veľkosti kryštálov SiC a špecifických kryštálových foriem.
Použitie metódy PVT na pestovanie kryštálov SiC si však vyžaduje neustále udržiavanie vhodných rastových podmienok počas dlhodobého rastového procesu, inak to povedie k poruche mriežky, čo ovplyvní kvalitu kryštálu. Rast kryštálov SiC sa však deje v uzavretom priestore. Existuje len málo účinných metód monitorovania a veľa premenných, takže riadenie procesu je náročné.
V procese pestovania kryštálov SiC metódou PVT sa za hlavný mechanizmus stabilného rastu monokryštálovej formy považuje režim rastu s postupným tokom (Step Flow Growth).
Odparené atómy Si a C sa prednostne viažu s atómami na povrchu kryštálu v bode zlomu, kde nukleujú a rastú, čo spôsobuje, že každý krok bude plynúť paralelne vpred. Keď šírka kroku na povrchu kryštálu výrazne presiahne difúznu dráhu adatómov, môže sa zhlukovať veľké množstvo adatómov a vytvorený dvojrozmerný ostrovčekový rastový režim zničí rastový režim krokového toku, čo vedie k strate informácií o kryštálovej štruktúre 4H a následne k viacnásobným defektom. Preto musí úprava procesných parametrov dosiahnuť kontrolu nad štruktúrou povrchového kroku, čím sa potlačí vznik polymorfných defektov, dosiahne sa cieľ získať monokryštálovú formu a v konečnom dôsledku sa pripravia vysoko kvalitné kryštály.
Ako najstaršia vyvinutá metóda rastu kryštálov SiC je metóda fyzikálneho transportu pár v súčasnosti najbežnejšou metódou rastu kryštálov SiC. V porovnaní s inými metódami má táto metóda nižšie požiadavky na rastové zariadenie, jednoduchý rastový proces, silnú ovládateľnosť, relatívne dôkladný vývojový výskum a už dosiahla priemyselné uplatnenie. Výhodou metódy HTTVD je, že umožňuje rast vodivých (n, p) a vysoko čistých poloizolačných doštičiek a umožňuje regulovať koncentráciu dopovania tak, aby koncentrácia nosičov v doštičke bola nastaviteľná medzi 3 × 1013 až 5 × 1019/cm3. Nevýhodou je vysoký technický prah a nízky podiel na trhu. S pokračujúcim vývojom technológie rastu kryštálov SiC v kvapalnej fáze bude mať v budúcnosti veľký potenciál pre rozvoj celého odvetvia SiC a pravdepodobne bude novým prelomovým bodom v raste kryštálov SiC.
Čas uverejnenia: 16. apríla 2024