Metóda PVT, ktorej celý názov je fyzikálna preprava pár, je bežnou metódou pestovania karbidu kremíka (SiC)kryštály za vysokej teploty a vysokého tlaku. Jeho základným princípom je zahrievanie prášku karbidu kremíka do sublimácie pri teplote nad 2300 ℃ a v prostredí s nízkym tlakom blízkom vákuu, čím sa vytvorí reakčný plyn obsahujúci plynné zložky, ako sú Si, Si2C a SiC2. V dôsledku rôznych parciálnych tlakov zložiek Si a C v plynnej fáze, ktoré vznikajú sublimačnou reakciou v pevnej fáze, sa stechiometrický pomer Si/C mení s rozložením tepelného poľa. Preto je potrebné riadiť rozloženie a transport zložiek v plynnej fáze, aby sa zabezpečilo, že dosiahnu špecifické kryštalizačné polohy v rastovej komore.
Aby sa zabránilo neusporiadanej kryštalizácii v plynnej fáze a tvorbe polykryštalického karbidu kremíka, zárodočné kryštály karbidu kremíka sa umiestňujú do hornej časti rastovej komory. V dôsledku presýtenia v plynnej fáze sa zložky v plynnej fáze usadzujú na povrchu zárodočného kryštálu a vytvárajú monokryštály karbidu kremíka. Celý reakčný proces prebieha v uzavretej rastovej komore, kde sú všetky parametre reakčného systému navzájom prepojené. Akékoľvek kolísanie rastových podmienok ovplyvní stabilitu rastu monokryštálov.
Okrem toho, rôzne husto usporiadané štruktúry monokryštálov karbidu kremíka z hľadiska ich kryštálovej orientácie vedú k rôznym metódam atómového spojenia a väzby, čím sa vytvára viac ako 200 kryštálových foriem izomérov karbidu kremíka. Bariéra premeny energie medzi rôznymi kryštálovými formami je extrémne nízka, takže v systéme rastu monokryštálov PVT je veľmi pravdepodobné, že dôjde k transformácii kryštálovej formy, čo vedie k neusporiadaným cieľovým kryštálovým formám a rôznym kryštalizačným defektom. Preto je potrebné použiť špecializované kontrolné zariadenie na detekciu kryštálovej formy a rôznych defektov kryštálového ingotu.
Proces prípravy karbidu kremíka má extrémne vysoké požiadavky, ktoré sa prejavujú najmä v nasledujúcich aspektoch:
- V procese syntézy práškového karbidu kremíka sa nachádza veľa environmentálnych nečistôt, čo sťažuje získanie prášku s vysokou čistotou. Neúplná reakcia medzi práškovým kremíkom a uhlíkovým práškom ako zdrojom reakcie má tendenciu spôsobovať nerovnováhu v pomere Si/C. Kryštalická forma a veľkosť častíc práškového karbidu kremíka po syntéze je ťažké kontrolovať.
- Za podmienok vysokej teploty nad 2300 ℃ a blízkej vákuu prechádza karbid kremíka v uzavretej grafitovej komore procesom transformácie „tuhá látka-plyn-tuhá látka“ a rekryštalizácie. Tento proces má dlhý rastový cyklus, je ťažko kontrolovateľný a je náchylný na defekty, ako sú mikrotubuly a inklúzie.
- Karbid kremíka obsahuje viac ako 200 rôznych kryštálových foriem, ale výroba zvyčajne vyžaduje iba jednu kryštálovú formu. Počas procesu rastu je náchylná transformácia kryštálovej formy, čo vedie k viactypovým inklúznym defektom. Počas procesu prípravy je ťažké stabilne kontrolovať jednu špecifickú kryštálovú formu a bariéra premeny energie medzi rôznymi kryštálovými formami je extrémne nízka, čo zvyšuje náročnosť kontroly. Kontrola parametrov a súvisiaci výskum si počas tohto obdobia vyžadujú obrovské náklady na výskum a vývoj, čo je tiež jedným z dôvodov vysokých nákladov na karbid kremíka, ktorý je v súlade s predpismi.
Čas uverejnenia: 3. júla 2025