PVT முறையின் கொள்கை சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC) படிக வளர்ச்சி

PVT முறை, இதன் முழுப்பெயர் பிசிகல் வேப்பர் டிரான்ஸ்போர்டேஷன் (Physical Vapor Transportation), சிலிக்கான் கார்பைடை வளர்ப்பதற்கான ஒரு பொதுவான முறையாகும்.SiCஉயர் வெப்பநிலை மற்றும் உயர் அழுத்தத்தின் கீழ் படிகங்களை உருவாக்குகிறது. இதன் அடிப்படைக் கொள்கை, சிலிக்கான் கார்பைடு தூளை 2300℃-க்கு மேற்பட்ட வெப்பநிலையிலும், வெற்றிடத்திற்கு நெருக்கமான குறைந்த அழுத்தச் சூழலிலும் பதங்கமாதலுக்கு வெப்பப்படுத்துவதாகும். இதன் மூலம் Si, Si2C, மற்றும் SiC2 போன்ற வாயுக்கூறுகளைக் கொண்ட ஒரு வினை வாயு உருவாகிறது. திண்ம நிலை பதங்கமாதல் வினையால் உருவாகும் Si மற்றும் C கூறுகளின் வெவ்வேறு வாயு நிலை பகுதி அழுத்தங்கள் காரணமாக, Si/C விகிதமானது வெப்பப் புலப் பரவலுடன் மாறுபடுகிறது. எனவே, வளர்ச்சி அறையில் உள்ள குறிப்பிட்ட படிகமாதல் நிலைகளை வாயு நிலைக் கூறுகள் சென்றடைவதை உறுதிசெய்ய, அவற்றின் பரவலையும் போக்குவரத்தையும் கட்டுப்படுத்துவது அவசியமாகிறது.

ஒழுங்கற்ற வாயு நிலை படிகமாக்கத்தால் பலபடிக சிலிக்கான் கார்பைடு உருவாவதைத் தடுக்க, சிலிக்கான் கார்பைடு விதை படிகங்கள் வளர்ச்சி அறையின் மேற்பகுதியில் அமைக்கப்படுகின்றன. வாயு நிலை மீசெறிவின் உந்துதலால், வாயு நிலைக் கூறுகள் விதை படிகத்தின் மேற்பரப்பில் படிந்து சிலிக்கான் கார்பைடு ஒற்றைப் படிகங்களை உருவாக்கும். இந்த முழு வினைச் செயல்முறையும் ஒரு மூடிய வளர்ச்சி அறையில் நடைபெறுகிறது, அங்கு வினை அமைப்பின் அனைத்து அளவுருக்களும் ஒன்றோடொன்று இணைக்கப்பட்டுள்ளன. வளர்ச்சி நிலைகளில் ஏற்படும் எந்தவொரு ஏற்ற இறக்கமும் ஒற்றைப் படிக வளர்ச்சியின் நிலைத்தன்மையைப் பாதிக்கும்.

மேலும், சிலிக்கான் கார்பைடு ஒற்றைப் படிகங்களின் படிக நோக்குநிலையின் அடிப்படையில் அவற்றின் வெவ்வேறு நெருக்கமான கட்டமைப்புகள், பல்வேறு அணு இணைப்பு மற்றும் பிணைப்பு முறைகளுக்கு வழிவகுத்து, அதன் விளைவாக 200-க்கும் மேற்பட்ட சிலிக்கான் கார்பைடு ஐசோமர்களின் படிக வடிவங்களை உருவாக்குகின்றன. வெவ்வேறு படிக வடிவங்களுக்கு இடையேயான ஆற்றல் மாற்றத் தடை மிகவும் குறைவாக இருப்பதால், PVT ஒற்றைப் படிக வளர்ச்சி அமைப்பில் படிக வடிவ மாற்றம் ஏற்பட அதிக வாய்ப்புள்ளது. இதன் விளைவாக, ஒழுங்கற்ற இலக்குப் படிக வடிவங்களும் பல்வேறு படிகமாக்கல் குறைபாடுகளும் ஏற்படுகின்றன. எனவே, படிகக் கட்டியின் படிக வடிவம் மற்றும் பல்வேறு குறைபாடுகளைக் கண்டறிய பிரத்யேக ஆய்வு உபகரணங்களைப் பயன்படுத்துவது அவசியமாகிறது.

சிலிக்கான் கார்பைடைத் தயாரிக்கும் செயல்முறைக்கு மிக உயர்ந்த தேவைகள் உள்ளன, அவை முக்கியமாகப் பின்வரும் அம்சங்களில் வெளிப்படுகின்றன:

• சிலிக்கான் கார்பைடு தூளின் தொகுப்புச் செயல்முறையில் பல சுற்றுச்சூழல் மாசுகள் இருப்பதால், உயர் தூய்மையான தூளைப் பெறுவது கடினமாகிறது. வினை மூலமாகப் பயன்படுத்தப்படும் கார்பன் தூளுக்கும் சிலிக்கான் தூளுக்கும் இடையே நிகழும் முழுமையற்ற வினையானது, Si/C விகிதத்தில் சமநிலையின்மையை ஏற்படுத்த வாய்ப்புள்ளது. தொகுப்பிற்குப் பிறகு சிலிக்கான் கார்பைடு தூளின் படிக வடிவத்தையும் துகள் அளவையும் கட்டுப்படுத்துவது கடினம்.
• 2300℃-க்கு மேற்பட்ட உயர் வெப்பநிலை மற்றும் ஏறக்குறைய வெற்றிடச் சூழல்களில், சிலிக்கான் கார்பைடு ஒரு மூடிய கிராஃபைட் அறையில் "திண்மம்-வாயு-திண்மம்" என்ற உருமாற்றம் மற்றும் மறுபடிகமாக்கல் செயல்முறைக்கு உட்படுகிறது. இந்தச் செயல்முறை ஒரு நீண்ட வளர்ச்சிச் சுழற்சியைக் கொண்டுள்ளது, கட்டுப்படுத்துவது கடினம், மேலும் நுண்குழல்கள் மற்றும் உட்பொருட்கள் போன்ற குறைபாடுகளுக்கு ஆளாகக்கூடியது.
• சிலிக்கான் கார்பைடில் 200-க்கும் மேற்பட்ட வெவ்வேறு படிக வடிவங்கள் உள்ளன, ஆனால் உற்பத்திக்கு பொதுவாக ஒரே ஒரு படிக வடிவம் மட்டுமே தேவைப்படுகிறது. வளர்ச்சி செயல்முறையின் போது, ​​படிக வடிவ மாற்றம் ஏற்பட வாய்ப்புள்ளது, இதன் விளைவாக பலவகை உள்ளடக்கக் குறைபாடுகள் ஏற்படுகின்றன. தயாரிப்பு செயல்முறையின் போது, ​​ஒரு குறிப்பிட்ட படிக வடிவத்தை நிலையாகக் கட்டுப்படுத்துவது கடினம், மேலும் வெவ்வேறு படிக வடிவங்களுக்கு இடையிலான ஆற்றல் மாற்றத் தடை மிகவும் குறைவாக இருப்பதால், கட்டுப்பாட்டின் சிரமம் அதிகரிக்கிறது. இந்தக் காலகட்டத்தில் அளவுருக் கட்டுப்பாடு மற்றும் அது தொடர்பான ஆராய்ச்சிக்கு மிகப்பெரிய ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாட்டுச் செலவுகள் தேவைப்படுகின்றன, இதுவும் இணக்கமான சிலிக்கான் கார்பைடின் அதிக விலைக்கான காரணங்களில் ஒன்றாகும்.