Phương pháp PVT, tên đầy đủ là Vận chuyển hơi vật lý, là một phương pháp phổ biến để nuôi cấy cacbua silic (SiC(Tinh thể được tạo thành dưới nhiệt độ và áp suất cao. Nguyên tắc cơ bản là nung nóng bột silicon carbide đến trạng thái thăng hoa ở nhiệt độ trên 2300℃ và trong môi trường áp suất thấp gần chân không, tạo thành khí phản ứng chứa các thành phần khí như Si, Si2C và SiC2. Do áp suất riêng phần pha khí khác nhau của các thành phần Si và C được tạo thành từ phản ứng thăng hoa pha rắn, tỷ lệ Si/C thay đổi theo sự phân bố trường nhiệt. Vì vậy, cần phải kiểm soát sự phân bố và vận chuyển các thành phần pha khí để đảm bảo chúng đến được các vị trí kết tinh cụ thể trong buồng tăng trưởng.)
Để ngăn chặn quá trình kết tinh pha khí không trật tự tạo thành silicon carbide đa tinh thể, các tinh thể mầm silicon carbide được đặt ở phía trên buồng tăng trưởng. Dưới tác động của sự bão hòa quá mức pha khí, các thành phần pha khí sẽ lắng đọng trên bề mặt tinh thể mầm để tạo thành các tinh thể đơn silicon carbide. Toàn bộ quá trình phản ứng diễn ra trong một buồng tăng trưởng kín, nơi tất cả các thông số của hệ thống phản ứng được liên kết với nhau. Bất kỳ sự dao động nào trong điều kiện tăng trưởng sẽ ảnh hưởng đến sự ổn định của quá trình tăng trưởng tinh thể đơn.
Ngoài ra, cấu trúc đóng gói chặt chẽ khác nhau của các tinh thể đơn cacbua silic về định hướng tinh thể dẫn đến các phương pháp liên kết và kết nối nguyên tử khác nhau, do đó tạo thành hơn 200 dạng tinh thể đồng phân của cacbua silic. Rào cản chuyển đổi năng lượng giữa các dạng tinh thể khác nhau cực kỳ thấp, vì vậy sự biến đổi dạng tinh thể rất dễ xảy ra trong hệ thống nuôi cấy tinh thể đơn PVT, dẫn đến các dạng tinh thể mục tiêu không trật tự và nhiều khuyết tật kết tinh khác nhau. Do đó, cần phải sử dụng thiết bị kiểm tra chuyên dụng để phát hiện dạng tinh thể và các khuyết tật khác nhau của phôi tinh thể.
Quá trình chế tạo cacbua silic có yêu cầu cực kỳ cao, chủ yếu thể hiện ở các khía cạnh sau:
- Trong quá trình tổng hợp bột silicon carbide, có nhiều tạp chất môi trường, khiến việc thu được bột có độ tinh khiết cao trở nên khó khăn. Phản ứng không hoàn toàn giữa bột silicon và bột carbon làm nguồn phản ứng dễ gây ra sự mất cân bằng tỷ lệ Si/C. Hình dạng tinh thể và kích thước hạt của bột silicon carbide sau khi tổng hợp rất khó kiểm soát.
- Trong điều kiện nhiệt độ cao trên 2300℃ và gần chân không, cacbua silic trải qua quá trình biến đổi “rắn-khí-rắn” và tái kết tinh trong buồng than chì kín. Quá trình này có chu kỳ tăng trưởng dài, khó kiểm soát và dễ xuất hiện các khuyết tật như vi ống và tạp chất.
- Silicon carbide bao gồm hơn 200 dạng tinh thể khác nhau, nhưng quá trình sản xuất thường chỉ yêu cầu một dạng tinh thể duy nhất. Trong quá trình phát triển, sự biến đổi dạng tinh thể dễ xảy ra, dẫn đến sự hình thành các khuyết tật tạp chất đa dạng. Trong quá trình chế tạo, rất khó để kiểm soát ổn định một dạng tinh thể cụ thể duy nhất, và rào cản chuyển đổi năng lượng giữa các dạng tinh thể khác nhau cực kỳ thấp, điều này làm tăng thêm khó khăn trong việc kiểm soát. Việc kiểm soát thông số và các nghiên cứu liên quan trong giai đoạn này đòi hỏi chi phí nghiên cứu và phát triển khổng lồ, đây cũng là một trong những lý do khiến silicon carbide đạt tiêu chuẩn có giá thành cao.
Thời gian đăng bài: 03/07/2025