PVT yöntemi, tam adıyla Fiziksel Buhar Taşımacılığı, silisyum karbür (silis karbür) yetiştirmek için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir.SiCYüksek sıcaklık ve yüksek basınç altında kristaller oluşturur. Temel prensibi, silisyum karbür tozunu 2300℃'nin üzerinde bir sıcaklıkta ve vakuma yakın düşük basınçlı bir ortamda süblimasyona kadar ısıtarak Si, Si2C ve SiC2 gibi gaz halindeki bileşenleri içeren bir reaksiyon gazı oluşturmaktır. Katı faz süblimasyon reaksiyonuyla oluşan Si ve C bileşenlerinin farklı gaz fazı kısmi basınçları nedeniyle, Si/C stokiyometrik oranı termal alan dağılımına bağlı olarak değişir. Bu nedenle, gaz fazı bileşenlerinin dağılımını ve taşınmasını kontrol etmek ve bunların büyüme odasındaki belirli kristalleşme pozisyonlarına ulaşmasını sağlamak gereklidir.
Düzensiz gaz fazı kristalleşmesinin polikristalin silisyum karbür oluşturmasını önlemek için, silisyum karbür tohum kristalleri büyüme odasının üst kısmına yerleştirilir. Gaz fazı aşırı doygunluğunun etkisiyle, gaz fazı bileşenleri tohum kristalinin yüzeyine çökelerek silisyum karbür tek kristalleri oluşturur. Tüm reaksiyon süreci, reaksiyon sisteminin tüm parametrelerinin birbirine bağlı olduğu kapalı bir büyüme odasında gerçekleşir. Büyüme koşullarındaki herhangi bir dalgalanma, tek kristal büyümesinin kararlılığını etkileyecektir.
Ayrıca, silisyum karbür tek kristallerinin kristal yönelimleri açısından farklı sıkı paketlenmiş yapıları, çeşitli atomik bağlantı ve bağlanma yöntemlerine yol açarak 200'den fazla silisyum karbür izomer kristal formu oluşturur. Farklı kristal formları arasındaki enerji dönüşüm bariyeri son derece düşüktür, bu nedenle PVT tek kristal büyüme sisteminde kristal form dönüşümünün gerçekleşme olasılığı çok yüksektir ve bu da düzensiz hedef kristal formlarına ve çeşitli kristalleşme kusurlarına yol açar. Bu nedenle, kristal külçesinin kristal formunu ve çeşitli kusurlarını tespit etmek için özel inceleme ekipmanlarının kullanılması gereklidir.
Silisyum karbürün üretim süreci son derece yüksek gereksinimlere sahiptir ve bu gereksinimler başlıca aşağıdaki hususlarda kendini gösterir:
- Silisyum karbür tozunun sentez sürecinde birçok çevresel safsızlık bulunmakta olup, bu durum yüksek saflıkta toz elde etmeyi zorlaştırmaktadır. Reaksiyon kaynağı olarak kullanılan karbon tozu ile silisyum tozu arasındaki eksik reaksiyon, Si/C oranında dengesizliğe yol açabilir. Sentez sonrası silisyum karbür tozunun kristal formu ve parçacık boyutunun kontrolü de zordur.
- 2300℃'nin üzerindeki yüksek sıcaklık ve neredeyse vakum koşulları altında, silisyum karbür, kapalı bir grafit odasında "katı-gaz-katı" dönüşümü ve yeniden kristalleşme sürecine girer. Bu süreç uzun bir büyüme döngüsüne sahiptir, kontrol edilmesi zordur ve mikrotübüller ve inklüzyonlar gibi kusurlara yatkındır.
- Silisyum karbür 200'den fazla farklı kristal formu içerir, ancak üretim genellikle yalnızca bir kristal formu gerektirir. Büyüme sürecinde, kristal form dönüşümü meydana gelme eğilimindedir ve bu da çok çeşitli inklüzyon kusurlarına yol açar. Hazırlama sürecinde, tek bir spesifik kristal formunu istikrarlı bir şekilde kontrol etmek zordur ve farklı kristal formları arasındaki enerji dönüşüm bariyeri son derece düşüktür, bu da kontrol zorluğunu artırır. Bu dönemdeki parametre kontrolü ve ilgili araştırmalar büyük Ar-Ge maliyetleri gerektirir; bu da uyumlu silisyum karbürün yüksek maliyetinin nedenlerinden biridir.
Yayın tarihi: 03.07.2025