Silisyum karbür keşfedildiği günden bu yana yaygın ilgi görmüştür. Silisyum karbür, sp3 hibrit orbitallerini paylaşan elektron çiftleri aracılığıyla kovalent bağlarla bağlanan yarı Si atomları ve yarı C atomlarından oluşur. Tek kristalinin temel yapısal biriminde, dört Si atomu düzenli bir tetrahedral yapıda düzenlenmiştir ve C atomu düzenli tetrahedronun merkezinde yer almaktadır. Tersine, Si atomu tetrahedronun merkezi olarak da kabul edilebilir ve böylece SiC4 veya CSi4 oluşur. Tetrahedral yapı. 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 süreci sırasında kolayca çeşitli politipler oluşturur. Kübik, hekzagonal ve trigonal olmak üzere üç ana kategoriye ayrılabilen 200'den fazla bilinen politip vardır.
Şu anda, SiC kristallerinin ana büyüme yöntemleri arasında Fiziksel Buhar Taşıma Yöntemi (PVT yöntemi), Yüksek Sıcaklıkta Kimyasal Buhar Biriktirme (HTCVD yöntemi), Sıvı Faz Yöntemi vb. yer almaktadır. Bunlar arasında PVT yöntemi daha olgundur ve endüstriyel seri üretim için daha uygundur.
PVT yöntemi olarak adlandırılan yöntem, SiC tohum kristallerini potanın üstüne, SiC tozunu ise ham madde olarak potanın altına yerleştirmek anlamına gelir. Yüksek sıcaklık ve düşük basınçtaki kapalı bir ortamda, SiC tozu süblimleşir ve sıcaklık gradyanı ve konsantrasyon farkının etkisiyle yukarı doğru hareket eder. Tohum kristalinin yakınına taşınması ve aşırı doymuş bir duruma ulaştıktan sonra yeniden kristalleştirilmesi yöntemi. Bu yöntem, SiC kristal boyutunun ve belirli kristal formlarının kontrol edilebilir büyümesini sağlayabilir.
Ancak, SiC kristallerini büyütmek için PVT yöntemini kullanmak, uzun vadeli büyüme süreci boyunca her zaman uygun büyüme koşullarının korunmasını gerektirir, aksi takdirde kafes bozukluğuna yol açacak ve böylece kristalin kalitesini etkileyecektir. Ancak, SiC kristallerinin büyümesi kapalı bir alanda tamamlanır. Birkaç etkili izleme yöntemi ve birçok değişken vardır, bu nedenle süreç kontrolü zordur.
SiC kristallerinin PVT yöntemi ile büyütülmesi sürecinde, tek kristal formunun kararlı büyümesi için ana mekanizmanın adım akış büyüme modu (Step Flow Growth) olduğu düşünülmektedir.
Buharlaştırılmış Si atomları ve C atomları, çekirdekleşecekleri ve büyüyecekleri ve her adımın paralel olarak ileri akmasına neden olacakları kıvrım noktasında kristal yüzey atomlarıyla tercihen bağ kuracaktır. Kristal yüzeyindeki adım genişliği, adatomların difüzyon serbest yolunu çok aştığında, çok sayıda adatom kümelenebilir ve oluşan iki boyutlu ada benzeri büyüme modu, adım akış büyüme modunu yok ederek 4H kristal yapı bilgisinin kaybolmasına ve Çoklu kusurlara neden olacaktır. Bu nedenle, işlem parametrelerinin ayarlanması, yüzey adım yapısının kontrolünü sağlamalı, böylece polimorfik kusurların oluşumunu bastırmalı, tek bir kristal formu elde etme amacına ulaşmalı ve nihayetinde yüksek kaliteli kristaller hazırlamalıdır.
Fiziksel buhar taşıma yöntemi, geliştirilen en eski SiC kristal büyüme yöntemi olarak şu anda SiC kristalleri büyütmek için en yaygın büyüme yöntemidir. Diğer yöntemlerle karşılaştırıldığında, bu yöntem büyüme ekipmanı için daha düşük gereksinimlere, basit bir büyüme sürecine, güçlü kontrol edilebilirliğe, nispeten kapsamlı bir geliştirme araştırmasına sahiptir ve halihazırda endüstriyel uygulamaya ulaşmıştır. HTCVD yönteminin avantajı, iletken (n, p) ve yüksek saflıkta yarı yalıtkan gofretler büyütebilmesi ve taşıyıcı konsantrasyonunun gofret içinde 3×1013~5×1019/cm3 arasında ayarlanabilir olması için doping konsantrasyonunu kontrol edebilmesidir. Dezavantajları ise yüksek teknik eşik ve düşük pazar payıdır. Sıvı fazlı SiC kristal büyüme teknolojisi olgunlaşmaya devam ettikçe, gelecekte tüm SiC endüstrisini ilerletmede büyük potansiyel gösterecek ve SiC kristal büyümesinde yeni bir atılım noktası olması muhtemeldir.
Gönderi zamanı: 16-Nis-2024