Метод PVT, повна назва якого — фізичне транспортування паром, є поширеним методом вирощування карбіду кремнію (Карбід кремнію)кристали за високої температури та високого тиску. Його основний принцип полягає в нагріванні порошку карбіду кремнію до сублімації за температури вище 2300℃ та в середовищі низького тиску, близького до вакууму, утворюючи реакційний газ, що містить газоподібні компоненти, такі як Si, Si2C та SiC2. Через різний парціальний тиск газової фази компонентів Si та C, що утворюються в результаті реакції сублімації твердої фази, стехіометричне співвідношення Si/C змінюється залежно від розподілу теплового поля. Тому необхідно контролювати розподіл та транспортування компонентів газової фази, щоб забезпечити їх досягнення певних положень кристалізації в камері росту.
Щоб запобігти невпорядкованій газофазній кристалізації з утворенням полікристалічного карбіду кремнію, зародкові кристали карбіду кремнію розміщуються у верхній частині камери росту. Під дією пересичення в газовій фазі, компоненти газової фази осідають на поверхні зародкового кристала, утворюючи монокристали карбіду кремнію. Весь процес реакції відбувається в закритій камері росту, де всі параметри реакційної системи пов'язані один з одним. Будь-яке коливання умов росту вплине на стабільність росту монокристалів.
Крім того, різні щільноупаковані структури монокристалів карбіду кремнію з точки зору їх кристалічної орієнтації призводять до різних методів атомного з'єднання та зв'язку, утворюючи таким чином понад 200 кристалічних форм ізомерів карбіду кремнію. Бар'єр перетворення енергії між різними кристалічними формами надзвичайно низький, тому перетворення кристалічної форми дуже ймовірне в системі вирощування монокристалів PVT, що призводить до невпорядкованих кристалічних форм мішеней та різних дефектів кристалізації. Тому необхідно використовувати спеціалізоване контрольне обладнання для виявлення кристалічної форми та різних дефектів кристалічного злитка.
Процес отримання карбіду кремнію має надзвичайно високі вимоги, що головним чином проявляються в таких аспектах:
- У процесі синтезу порошку карбіду кремнію присутня велика кількість домішок з навколишнього середовища, що ускладнює отримання порошку високої чистоти. Неповна реакція між порошком кремнію та порошком вуглецю як джерелом реакції схильна до порушення балансу співвідношення Si/C. Кристалічна форма та розмір частинок порошку карбіду кремнію після синтезу важко контролювати.
- За умов високої температури понад 2300℃ та близьких до вакууму, карбід кремнію зазнає процесу перетворення «тверде тіло-газ-тверде тіло» та перекристалізації в закритій графітовій камері. Цей процес має тривалий цикл росту, його важко контролювати та він схильний до дефектів, таких як мікротрубочки та включення.
- Карбід кремнію включає понад 200 різних кристалічних форм, але для його виробництва зазвичай потрібна лише одна кристалічна форма. Під час процесу вирощування схильні до трансформації кристалічної форми, що призводить до появи багатотипних дефектів включень. Під час процесу приготування важко стабільно контролювати одну конкретну кристалічну форму, а бар'єр перетворення енергії між різними кристалічними формами надзвичайно низький, що збільшує складність контролю. Контроль параметрів та пов'язані з цим дослідження протягом цього періоду вимагають величезних витрат на дослідження та розробки, що також є однією з причин високої вартості відповідного карбіду кремнію.
Час публікації: 03 липня 2025 р.