วิธีการ PVT ซึ่งชื่อเต็มคือ Physical Vapor Transportation เป็นวิธีการทั่วไปในการปลูกซิลิคอนคาร์ไบด์ (ซีซีกระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการตกผลึกภายใต้อุณหภูมิสูงและความดันสูง หลักการพื้นฐานคือการให้ความร้อนแก่ผงซิลิคอนคาร์ไบด์จนระเหิดที่อุณหภูมิสูงกว่า 2300℃ และในสภาพแวดล้อมที่มีความดันต่ำใกล้เคียงกับสุญญากาศ ทำให้เกิดก๊าซปฏิกิริยาที่มีส่วนประกอบของก๊าซ เช่น Si, Si2C และ SiC2 เนื่องจากความดันย่อยของก๊าซในส่วนประกอบ Si และ C ที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาการระเหิดในเฟสของแข็งแตกต่างกัน อัตราส่วนทางเคมีของ Si/C จึงแปรผันไปตามการกระจายตัวของสนามความร้อน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องควบคุมการกระจายตัวและการเคลื่อนที่ของส่วนประกอบในเฟสก๊าซเพื่อให้แน่ใจว่าพวกมันไปถึงตำแหน่งการตกผลึกที่เฉพาะเจาะจงในห้องการเจริญเติบโต
เพื่อป้องกันการตกผลึกแบบไม่เป็นระเบียบของเฟสแก๊สที่ก่อให้เกิดซิลิคอนคาร์ไบด์แบบผลึกหลายเหลี่ยม จึงมีการวางผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์ต้นแบบไว้ที่ด้านบนของห้องเจริญเติบโต ภายใต้แรงขับของการอิ่มตัวเกินของเฟสแก๊ส ส่วนประกอบของเฟสแก๊สจะตกตะกอนบนพื้นผิวของผลึกต้นแบบเพื่อสร้างผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์เดี่ยว กระบวนการปฏิกิริยาทั้งหมดเกิดขึ้นในห้องเจริญเติบโตแบบปิด ซึ่งพารามิเตอร์ทั้งหมดของระบบปฏิกิริยามีความสัมพันธ์กัน การเปลี่ยนแปลงใดๆ ในสภาวะการเจริญเติบโตจะส่งผลต่อความเสถียรของการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว
นอกจากนี้ โครงสร้างแบบอัดแน่นที่แตกต่างกันของผลึกเดี่ยวซิลิคอนคาร์ไบด์ในแง่ของทิศทางการเรียงตัวของผลึก นำไปสู่การเชื่อมต่อและการยึดเหนี่ยวของอะตอมที่หลากหลาย ส่งผลให้เกิดผลึกไอโซเมอร์ของซิลิคอนคาร์ไบด์มากกว่า 200 รูปแบบ อุปสรรคในการแปลงพลังงานระหว่างรูปแบบผลึกที่แตกต่างกันนั้นต่ำมาก ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงรูปแบบผลึกจึงมีโอกาสเกิดขึ้นได้สูงในระบบการเติบโตของผลึกเดี่ยวแบบ PVT ส่งผลให้เกิดผลึกเป้าหมายที่ไม่เป็นระเบียบและข้อบกพร่องในการตกผลึกต่างๆ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ตรวจสอบเฉพาะเพื่อตรวจจับรูปแบบผลึกและข้อบกพร่องต่างๆ ของแท่งผลึก
กระบวนการผลิตซิลิคอนคาร์ไบด์มีข้อกำหนดที่สูงมาก โดยส่วนใหญ่แสดงให้เห็นในด้านต่อไปนี้:
- กระบวนการสังเคราะห์ผงซิลิคอนคาร์ไบด์มีสิ่งเจือปนจากสิ่งแวดล้อมมากมาย ทำให้ยากที่จะได้ผงที่มีความบริสุทธิ์สูง ปฏิกิริยาที่ไม่สมบูรณ์ระหว่างผงซิลิคอนและผงคาร์บอนซึ่งเป็นแหล่งปฏิกิริยา มีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดความไม่สมดุลของอัตราส่วน Si/C นอกจากนี้ รูปแบบผลึกและขนาดอนุภาคของผงซิลิคอนคาร์ไบด์หลังการสังเคราะห์ยังควบคุมได้ยาก
- ภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงกว่า 2300℃ และสภาวะเกือบเป็นสุญญากาศ ซิลิคอนคาร์ไบด์จะเกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะแบบ “ของแข็ง-ก๊าซ-ของแข็ง” และการตกผลึกใหม่ในห้องกราไฟต์แบบปิด กระบวนการนี้มีวงจรการเติบโตที่ยาวนาน ควบคุมได้ยาก และมีแนวโน้มที่จะเกิดข้อบกพร่อง เช่น ท่อขนาดเล็กและสิ่งเจือปน
- ซิลิคอนคาร์ไบด์ประกอบด้วยผลึกมากกว่า 200 รูปแบบ แต่โดยทั่วไปแล้วการผลิตมักต้องการเพียงผลึกรูปแบบเดียว ในระหว่างกระบวนการเจริญเติบโต ผลึกมักเปลี่ยนรูปแบบ ทำให้เกิดข้อบกพร่องแบบเจือปนหลายประเภท ในระหว่างกระบวนการเตรียมการ การควบคุมผลึกรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งให้คงที่นั้นทำได้ยาก และอุปสรรคในการเปลี่ยนพลังงานระหว่างผลึกรูปแบบต่างๆ นั้นต่ำมาก ซึ่งยิ่งเพิ่มความยากลำบากในการควบคุม การควบคุมพารามิเตอร์และการวิจัยที่เกี่ยวข้องในช่วงเวลานี้ต้องใช้ต้นทุนการวิจัยและพัฒนาจำนวนมหาศาล ซึ่งเป็นอีกหนึ่งสาเหตุที่ทำให้ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่ได้มาตรฐานมีราคาสูง
วันที่โพสต์: 3 กรกฎาคม 2568