Silicijev karbid je od svojega odkritja pritegnil široko pozornost. Silicijev karbid je sestavljen iz polovice atomov Si in polovice atomov C, ki so povezani s kovalentnimi vezmi prek elektronskih parov, ki si delijo hibridne sp3 orbitale. V osnovni strukturni enoti njegovega monokristala so štirje atomi Si razporejeni v pravilno tetraedrsko strukturo, atom C pa se nahaja v središču pravilnega tetraedra. Nasprotno pa lahko atom Si obravnavamo tudi kot središče tetraedra, s čimer tvori SiC4 ali CSi4. Tetraedrska struktura. Kovalentna vez v SiC je zelo ionska, energija vezi silicij-ogljik pa je zelo visoka, približno 4,47 eV. Zaradi nizke energije zložljivih napak kristali silicijevega karbida med rastjo zlahka tvorijo različne politipe. Obstaja več kot 200 znanih politipov, ki jih lahko razdelimo v tri glavne kategorije: kubične, heksagonalne in trigonalne.
Trenutno so glavne metode rasti kristalov SiC metoda fizičnega transporta pare (metoda PVT), visokotemperaturno kemično nanašanje pare (metoda HTCVD), metoda tekoče faze itd. Med njimi je metoda PVT bolj zrela in primernejša za industrijsko masovno proizvodnjo.
Tako imenovana metoda PVT se nanaša na nanos kristalov SiC na vrh lončka in nanos prahu SiC kot surovine na dno lončka. V zaprtem okolju z visoko temperaturo in nizkim tlakom se prah SiC sublimira in premika navzgor pod vplivom temperaturnega gradienta in razlike v koncentracijah. Gre za metodo, ki ga prenese v bližino kristala in nato po dosegu prenasičenega stanja rekristalizira. Ta metoda omogoča nadzorovano rast kristalov SiC različnih velikosti in specifičnih kristalnih oblik.
Vendar pa uporaba metode PVT za rast kristalov SiC zahteva vedno vzdrževanje ustreznih rastnih pogojev med dolgotrajnim procesom rasti, sicer bo to povzročilo motnje v kristalni mreži, kar bo vplivalo na kakovost kristala. Vendar pa rast kristalov SiC poteka v zaprtem prostoru. Obstaja malo učinkovitih metod spremljanja in veliko spremenljivk, zato je nadzor procesa težaven.
Pri gojenju kristalov SiC z metodo PVT velja način rasti s stopničastim tokom (Step Flow Growth) za glavni mehanizem za stabilno rast monokristalne oblike.
Uparjeni atomi Si in C se bodo prednostno vezali na atome na površini kristala na prelomni točki, kjer bodo tvorili nukleacijo in rasli, zaradi česar bo vsaka stopnja tekla naprej vzporedno. Ko širina stopnje na kristalni površini daleč preseže prosto difuzijsko pot adatomov, se lahko veliko število adatomov aglomerira in nastali dvodimenzionalni otočku podoben način rasti bo uničil način rasti stopničastega toka, kar bo povzročilo izgubo informacij o kristalni strukturi 4H in posledično več napak. Zato je treba s prilagoditvijo procesnih parametrov doseči nadzor nad strukturo površinske stopnje, s čimer se prepreči nastanek polimorfnih napak, doseže cilj pridobitve monokristalne oblike in končno pripravijo visokokakovostni kristali.
Kot najzgodnejša razvita metoda rasti kristalov SiC je metoda fizičnega transporta pare trenutno najbolj razširjena metoda rasti kristalov SiC. V primerjavi z drugimi metodami ima ta metoda manjše zahteve glede opreme za rast, preprost postopek rasti, močno nadzorovanost, relativno temeljite razvojne raziskave in je že dosegla industrijsko uporabo. Prednost metode HTCTVD je, da lahko goji prevodne (n, p) in visoko čiste pol-izolacijske rezine ter da lahko nadzoruje koncentracijo dopiranja, tako da je koncentracija nosilcev v rezini nastavljiva med 3 × 1013 in 5 × 1019/cm3. Slabosti so visok tehnični prag in nizek tržni delež. Z nadaljnjim razvojem tehnologije rasti kristalov SiC v tekoči fazi bo pokazala velik potencial za napredek celotne industrije SiC v prihodnosti in bo verjetno nova prelomnica v rasti kristalov SiC.
Čas objave: 16. april 2024