Metoda PVT, katere polno ime je fizični transport pare, je pogosta metoda za gojenje silicijevega karbida (SiC)kristalov pri visoki temperaturi in visokem tlaku. Njegovo osnovno načelo je segrevanje prahu silicijevega karbida do sublimacije pri temperaturi nad 2300 ℃ in v okolju nizkega tlaka blizu vakuuma, pri čemer nastane reakcijski plin, ki vsebuje plinaste komponente, kot so Si, Si2C in SiC2. Zaradi različnih delnih tlakov plinske faze komponent Si in C, ki nastanejo med sublimacijsko reakcijo v trdni fazi, se stehiometrično razmerje Si/C spreminja glede na porazdelitev toplotnega polja. Zato je treba nadzorovati porazdelitev in transport plinskih komponent, da se zagotovi, da dosežejo specifične kristalizacijske položaje v rastni komori.
Da bi preprečili neurejeno plinskofazno kristalizacijo, ki bi tvorila polikristalni silicijev karbid, so na vrh rastne komore postavljeni kalilni kristali silicijevega karbida. Zaradi prenasičenosti v plinski fazi se komponente plinske faze odlagajo na površino kalilnega kristala in tvorijo monokristale silicijevega karbida. Celoten reakcijski proces poteka v zaprti rastni komori, kjer so vsi parametri reakcijskega sistema medsebojno povezani. Vsako nihanje rastnih pogojev vpliva na stabilnost rasti monokristala.
Poleg tega različne gosto pakirane strukture monokristalov silicijevega karbida glede na njihovo kristalno orientacijo vodijo do različnih metod povezovanja in vezanja atomov, kar tvori več kot 200 kristalnih oblik izomerov silicijevega karbida. Pregrada za pretvorbo energije med različnimi kristalnimi oblikami je izjemno nizka, zato je v sistemu za rast monokristalov PVT zelo verjetno, da pride do transformacije kristalne oblike, kar povzroči neurejene ciljne kristalne oblike in različne kristalizacijske napake. Zato je za odkrivanje kristalne oblike in različnih napak kristalnega ingota potrebna namenska oprema za pregledovanje.
Postopek priprave silicijevega karbida ima izjemno visoke zahteve, ki se kažejo predvsem v naslednjih vidikih:
- V procesu sinteze silicijevega karbidnega prahu je veliko okoljskih nečistoč, zaradi česar je težko dobiti visoko čist prah. Nepopolna reakcija med silicijevim prahom in ogljikovim prahom kot virom reakcije lahko povzroči neravnovesje v razmerju Si/C. Kristalno obliko in velikost delcev silicijevega karbidnega prahu po sintezi je težko nadzorovati.
- Pri visokih temperaturah nad 2300 ℃ in blizu vakuuma silicijev karbid v zaprti grafitni komori prehaja skozi proces transformacije "trdno-plinsko-trdno" in rekristalizacije. Ta proces ima dolg rastni cikel, ga je težko nadzorovati in je nagnjen k napakam, kot so mikrotubule in vključki.
- Silicijev karbid vključuje več kot 200 različnih kristalnih oblik, vendar je za proizvodnjo običajno potrebna le ena kristalna oblika. Med procesom rasti je nagnjena k transformaciji kristalne oblike, kar povzroči večtipne vključke. Med procesom priprave je težko stabilno nadzorovati eno samo specifično kristalno obliko, energijska pregrada med različnimi kristalnimi oblikami pa je izjemno nizka, kar povečuje težavnost nadzora. Nadzor parametrov in s tem povezane raziskave v tem obdobju zahtevajo ogromne stroške raziskav in razvoja, kar je tudi eden od razlogov za visoke stroške skladnega silicijevega karbida.
Čas objave: 3. julij 2025