Silisyum karbür, keşfedilmesinden bu yana geniş ilgi görmüştür. Silisyum karbür, yarısı Si atomu ve yarısı C atomundan oluşur ve bu atomlar, sp3 hibrit orbitallerini paylaşan elektron çiftleri aracılığıyla kovalent bağlarla bağlanır. Tek kristalinin temel yapısal biriminde, dört Si atomu düzenli bir tetrahedral yapıda düzenlenmiştir ve C atomu düzenli tetrahedronun merkezinde yer alır. Tersine, Si atomu da tetrahedronun merkezi olarak düşünülebilir ve böylece SiC4 veya CSi4 tetrahedral yapısını oluşturabilir. SiC'deki kovalent bağ oldukça iyoniktir ve silisyum-karbon bağ enerjisi yaklaşık 4,47 eV gibi çok yüksektir. Düşük istifleme hatası enerjisi nedeniyle, silisyum karbür kristalleri büyüme sürecinde kolayca çeşitli polimorf tipleri oluşturur. Kübik, altıgen ve üçgen olmak üzere üç ana kategoriye ayrılabilen 200'den fazla bilinen polimorf tipi vardır.
Şu anda, SiC kristallerinin başlıca büyüme yöntemleri arasında Fiziksel Buhar Taşıma Yöntemi (PVT yöntemi), Yüksek Sıcaklık Kimyasal Buhar Biriktirme (HTCVD yöntemi), Sıvı Faz Yöntemi vb. yer almaktadır. Bunlar arasında PVT yöntemi daha olgunlaşmış ve endüstriyel seri üretim için daha uygundur.
PVT yöntemi olarak adlandırılan yöntem, SiC tohum kristallerinin potanın üstüne, SiC tozunun ise hammadde olarak potanın altına yerleştirilmesini ifade eder. Yüksek sıcaklık ve düşük basınçlı kapalı bir ortamda, SiC tozu sıcaklık gradyanı ve konsantrasyon farkının etkisiyle süblimleşir ve yukarı doğru hareket eder. Bu yöntem, tozu tohum kristalinin yakınına taşıdıktan sonra aşırı doygun bir duruma ulaştıktan sonra yeniden kristalleştirmeyi sağlar. Bu yöntem, SiC kristal boyutunun ve belirli kristal formlarının kontrol edilebilir büyümesini sağlayabilir.
Ancak, SiC kristallerini PVT yöntemiyle büyütmek, uzun süreli büyüme sürecinde her zaman uygun büyüme koşullarının korunmasını gerektirir; aksi takdirde kafes bozukluğuna yol açarak kristalin kalitesini etkiler. Bununla birlikte, SiC kristallerinin büyümesi kapalı bir alanda tamamlanır. Etkili izleme yöntemleri azdır ve birçok değişken vardır, bu nedenle süreç kontrolü zordur.
PVT yöntemiyle SiC kristallerinin yetiştirilmesi sürecinde, kademeli akış büyüme modu (Step Flow Growth), tek kristal formunun kararlı büyümesi için ana mekanizma olarak kabul edilir.
Buharlaştırılmış Si ve C atomları, öncelikli olarak bükülme noktasında kristal yüzey atomlarıyla bağlanacak, burada çekirdeklenip büyüyecek ve her bir basamağın paralel olarak ileriye doğru akmasına neden olacaktır. Kristal yüzeyindeki basamak genişliği, adatomların difüzyon serbest yolunu çok aştığında, çok sayıda adatom kümelenebilir ve oluşan iki boyutlu ada benzeri büyüme modu, basamak akışı büyüme modunu bozarak 4H kristal yapısı bilgisinin kaybına ve çoklu kusurlara yol açabilir. Bu nedenle, işlem parametrelerinin ayarlanması, yüzey basamak yapısının kontrolünü sağlamalı, böylece polimorfik kusurların oluşumunu bastırmalı, tek kristal form elde etme amacına ulaşmalı ve nihayetinde yüksek kaliteli kristaller hazırlanmalıdır.
En erken geliştirilen SiC kristal büyüme yöntemi olarak, fiziksel buhar taşıma yöntemi (HTTVD), şu anda SiC kristallerinin büyümesi için en yaygın büyüme yöntemidir. Diğer yöntemlerle karşılaştırıldığında, bu yöntem daha düşük büyüme ekipmanı gereksinimlerine, basit bir büyüme sürecine, güçlü kontrol edilebilirliğe, nispeten kapsamlı geliştirme araştırmasına sahiptir ve halihazırda endüstriyel uygulamaya ulaşmıştır. HTCVD yönteminin avantajı, iletken (n, p) ve yüksek saflıkta yarı iletken levhalar yetiştirebilmesi ve katkılama konsantrasyonunu kontrol ederek levhadaki taşıyıcı konsantrasyonunun 3×10¹³~5×10¹⁹/cm³ arasında ayarlanabilmesidir. Dezavantajları ise yüksek teknik eşik ve düşük pazar payıdır. Sıvı fazlı SiC kristal büyüme teknolojisi olgunlaşmaya devam ettikçe, gelecekte tüm SiC endüstrisini ilerletmede büyük bir potansiyel gösterecek ve SiC kristal büyümesinde yeni bir atılım noktası olması muhtemeldir.
Yayın tarihi: 16 Nisan 2024