Од свог открића, силицијум карбид је привукао широку пажњу. Силицијум карбид се састоји од пола атома Si и пола атома C, који су повезани ковалентним везама преко електронских парова који деле sp3 хибридне орбитале. У основној структурној јединици његовог монокристала, четири атома Si су распоређена у правилну тетраедарску структуру, а атом C се налази у центру правилног тетраедра. Насупрот томе, атом Si се такође може сматрати центром тетраедра, чиме се формира SiC4 или CSi4. Тетраедарска структура. Ковалентна веза у SiC је високо јонска, а енергија везе силицијум-угљеник је веома висока, око 4,47eV. Због ниске енергије грешке слагања, кристали силицијум карбида лако формирају различите политипове током процеса раста. Постоји више од 200 познатих политипова, који се могу поделити у три главне категорије: кубне, хексагоналне и тригоналне.
Тренутно, главне методе раста SiC кристала укључују метод физичког транспорта из паре (PVT метода), хемијско таложење из паре на високој температури (HTCVD метода), метод течне фазе итд. Међу њима, PVT метода је зрелија и погоднија за индустријску масовну производњу.
Такозвана PVT метода односи се на постављање SiC кристала на врх лончића, а SiC прах као сировина на дно лончића. У затвореном окружењу високе температуре и ниског притиска, SiC прах сублимира и креће се навише под дејством температурног градијента и разлике концентрације. Метода његовог транспорта у близину кристала, а затим његове рекристализације након достизања презасићеног стања. Ова метода може постићи контролисан раст величине SiC кристала и специфичних кристалних облика.
Међутим, коришћење PVT методе за узгој SiC кристала захтева стално одржавање одговарајућих услова раста током дугорочног процеса раста, у супротном ће довести до поремећаја решетке, што ће утицати на квалитет кристала. Међутим, раст SiC кристала се завршава у затвореном простору. Постоји мало ефикасних метода праћења и много варијабли, па је контрола процеса тешка.
У процесу узгоја SiC кристала PVT методом, режим раста са степенастим протоком (Step Flow Growth) се сматра главним механизмом за стабилан раст монокристалног облика.
Испарени атоми Si и C ће се преференцијално везати са атомима на површини кристала у тачки прегиба, где ће се нуклеирати и расти, узрокујући да сваки корак тече напред паралелно. Када ширина корака на површини кристала далеко премаши пут слободне дифузије адатома, велики број адатома може доћи до агломерације, а формирани дводимензионални режим раста у облику острва ће уништити режим раста степенастог тока, што ће резултирати губитком информација о кристалној структури 4H, што доводи до вишеструких дефеката. Стога, подешавање параметара процеса мора постићи контролу над структуром површинског степена, чиме се сузбија стварање полиморфних дефеката, постиже циљ добијања монокристалног облика и на крају припрема висококвалитетних кристала.
Као најраније развијена метода раста SiC кристала, метода физичког транспорта паре је тренутно најраспрострањенија метода раста за SiC кристале. У поређењу са другим методама, ова метода има ниже захтеве за опрему за раст, једноставан процес раста, јаку контролу, релативно темељна развојна истраживања и већ је постигла индустријску примену. Предност HTTVD методе је у томе што може да узгаја проводљиве (n, p) и полуизолационе плочице високе чистоће, и може да контролише концентрацију допирања тако да је концентрација носача у плочици подесива између 3×1013~5×1019/cm3. Недостаци су висок технички праг и низак тржишни удео. Како се технологија раста SiC кристала у течној фази буде даље развијала, показаће велики потенцијал у унапређењу целе SiC индустрије у будућности и вероватно ће бити нова прекретница у расту SiC кристала.
Време објаве: 16. април 2024.