Sedan upptäckten har kiselkarbid väckt stor uppmärksamhet. Kiselkarbid består av hälften Si-atomer och hälften C-atomer, vilka är sammankopplade med kovalenta bindningar genom elektronpar som delar sp3-hybridorbitaler. I den grundläggande strukturella enheten i dess enkristall är fyra Si-atomer arrangerade i en regelbunden tetraedrisk struktur, och C-atomen är belägen i centrum av den regelbundna tetraedern. Omvänt kan Si-atomen också betraktas som centrum för tetraedern, varigenom SiC4 eller CSi4 bildas. Tetraedrisk struktur. Den kovalenta bindningen i SiC är mycket jonisk, och kisel-kolbindningsenergin är mycket hög, cirka 4,47 eV. På grund av den låga staplingsfelsenergin bildar kiselkarbidkristaller lätt olika polytyper under tillväxtprocessen. Det finns mer än 200 kända polytyper, vilka kan delas in i tre huvudkategorier: kubiska, hexagonala och trigonala.
För närvarande inkluderar de viktigaste tillväxtmetoderna för SiC-kristaller den fysiska ångtransportmetoden (PVT-metoden), kemisk ångdeponering vid hög temperatur (HTCVD-metoden) och vätskefasmetoden. Bland dessa är PVT-metoden mer mogen och mer lämpad för industriell massproduktion.
Den så kallade PVT-metoden innebär att SiC-frökristaller placeras på toppen av degeln och SiC-pulver som råmaterial placeras på botten av degeln. I en sluten miljö med hög temperatur och lågt tryck sublimerar SiC-pulvret och rör sig uppåt under inverkan av temperaturgradient och koncentrationsskillnad. En metod för att transportera det till närheten av frökristallen och sedan omkristallisera det efter att ha nått ett övermättat tillstånd. Denna metod kan uppnå kontrollerbar tillväxt av SiC-kristallstorlek och specifika kristallformer.
Att använda PVT-metoden för att odla SiC-kristaller kräver dock att man alltid upprätthåller lämpliga tillväxtförhållanden under den långsiktiga tillväxtprocessen, annars leder det till gitterstörningar, vilket påverkar kristallens kvalitet. Tillväxten av SiC-kristaller sker dock i ett slutet utrymme. Det finns få effektiva övervakningsmetoder och många variabler, så processkontroll är svår.
Vid odling av SiC-kristaller med PVT-metoden anses stegvis tillväxt (Step Flow Growth) vara den huvudsakliga mekanismen för stabil tillväxt av enkristallform.
De förångade Si-atomerna och C-atomerna kommer företrädesvis att binda till kristallytans atomer vid knäckpunkten, där de kommer att kärnbildas och växa, vilket får varje steg att flyta framåt parallellt. När stegbredden på kristallytan vida överstiger den diffusionsfria vägen för adatomer, kan ett stort antal adatomer agglomerera, och det tvådimensionella ö-liknande tillväxtläget som bildas kommer att förstöra stegflödestillväxtläget, vilket resulterar i förlust av 4H-kristallstrukturinformation, vilket resulterar i multipla defekter. Därför måste justeringen av processparametrarna uppnå kontroll över ytstegstrukturen, varigenom genereringen av polymorfa defekter undertrycks, syftet att erhålla en enda kristallform uppnås och slutligen framställa högkvalitativa kristaller.
Som den tidigast utvecklade SiC-kristalltillväxtmetoden är den fysiska ångtransportmetoden för närvarande den vanligaste tillväxtmetoden för SiC-kristaller. Jämfört med andra metoder har denna metod lägre krav på tillväxtutrustning, en enkel tillväxtprocess, stark kontrollerbarhet, relativt grundlig utvecklingsforskning och har redan uppnått industriell tillämpning. Fördelen med HTCVD-metoden är att den kan odla ledande (n, p) och högrena halvisolerande wafers, och kan kontrollera dopkoncentrationen så att bärarkoncentrationen i wafern är justerbar mellan 3 × 1013 ~ 5 × 1019 / cm3. Nackdelarna är hög teknisk tröskel och låg marknadsandel. I takt med att tekniken för SiC-kristalltillväxt i flytande fas fortsätter att mogna, kommer den att visa stor potential för att utveckla hela SiC-industrin i framtiden och kommer sannolikt att bli ett nytt genombrott inom SiC-kristalltillväxt.
Publiceringstid: 16 april 2024