نمو كربيد السيليكون كربيد السيليكون المفرد

منذ اكتشافه، اجتذب كربيد السيليكون اهتمامًا واسع النطاق. يتكون كربيد السيليكون من نصف ذرات Si ونصف ذرات C، والتي ترتبط بروابط تساهمية من خلال أزواج الإلكترون التي تتقاسم المدارات الهجينة sp3. في الوحدة الهيكلية الأساسية لبلورتها الواحدة، يتم ترتيب أربع ذرات Si في هيكل رباعي السطوح منتظم، وتقع ذرة C في مركز رباعي السطوح المنتظم. على العكس من ذلك، يمكن اعتبار ذرة Si أيضًا مركزًا لرباعي الأسطح، وبالتالي تشكل SiC4 أو CSi4. هيكل رباعي السطوح. الرابطة التساهمية في SiC عالية الأيونية، وطاقة رابطة السيليكون والكربون عالية جدًا، حوالي 4.47eV. نظرًا لانخفاض طاقة خطأ التراص، تشكل بلورات كربيد السيليكون بسهولة أنواعًا متعددة متعددة أثناء عملية النمو. هناك أكثر من 200 نوع متعدد معروف، والتي يمكن تقسيمها إلى ثلاث فئات رئيسية: مكعبة، سداسية وثلاثية.

في الوقت الحاضر، تشمل طرق النمو الرئيسية لبلورات SiC طريقة نقل البخار الفيزيائي (طريقة PVT)، وترسيب البخار الكيميائي بدرجة حرارة عالية (طريقة HTCVD)، وطريقة الطور السائل، وما إلى ذلك. ومن بينها، طريقة PVT أكثر نضجًا وأكثر ملاءمة للأغراض الصناعية. إنتاج متسلسل. ​

تشير طريقة PVT المزعومة إلى وضع بلورات بذور SiC أعلى البوتقة، ووضع مسحوق SiC كمادة خام في أسفل البوتقة. في بيئة مغلقة ذات درجة حرارة عالية وضغط منخفض، يتسامى مسحوق SiC ويتحرك للأعلى تحت تأثير التدرج في درجة الحرارة وفرق التركيز. طريقة نقلها إلى محيط بلورة البذور ومن ثم إعادة بلورتها بعد وصولها إلى حالة مفرطة التشبع. يمكن لهذه الطريقة أن تحقق نموًا يمكن التحكم فيه في حجم بلورة SiC وأشكال بلورية محددة. ​
ومع ذلك، فإن استخدام طريقة PVT لنمو بلورات SiC يتطلب دائمًا الحفاظ على ظروف النمو المناسبة أثناء عملية النمو طويلة المدى، وإلا فإنه سيؤدي إلى اضطراب الشبكة، وبالتالي التأثير على جودة البلورة. ومع ذلك، فإن نمو بلورات SiC يكتمل في مكان مغلق. هناك عدد قليل من طرق المراقبة الفعالة والعديد من المتغيرات، لذلك فإن التحكم في العملية أمر صعب.

في عملية تنمية بلورات SiC بطريقة PVT، يعتبر وضع نمو التدفق التدريجي (Step Flow Growth) هو الآلية الرئيسية للنمو المستقر لشكل بلوري واحد.
سترتبط ذرات Si وذرات C المتبخرة بشكل تفضيلي مع ذرات السطح البلوري عند نقطة العقد، حيث ستتنوى وتنمو، مما يتسبب في تدفق كل خطوة للأمام بشكل متوازٍ. عندما يتجاوز عرض الخطوة على السطح البلوري المسار الحر للانتشار لـ adatoms، قد يتجمع عدد كبير من adatoms، وسيؤدي وضع النمو الشبيه بالجزيرة ثنائي الأبعاد إلى تدمير وضع نمو التدفق التدريجي، مما يؤدي إلى فقدان 4H معلومات التركيب البلوري، مما يؤدي إلى عيوب متعددة. لذلك، يجب أن يحقق تعديل معلمات العملية التحكم في بنية الخطوة السطحية، وبالتالي قمع توليد عيوب متعددة الأشكال، وتحقيق الغرض من الحصول على شكل بلوري واحد، وفي النهاية إعداد بلورات عالية الجودة.

باعتبارها أول طريقة مطورة لنمو بلورات SiC، تعد طريقة نقل البخار الفيزيائي حاليًا أكثر طرق النمو شيوعًا لزراعة بلورات SiC. بالمقارنة مع الطرق الأخرى، فإن هذه الطريقة لديها متطلبات أقل لمعدات النمو، وعملية نمو بسيطة، وإمكانية تحكم قوية، وأبحاث تطوير شاملة نسبيًا، وقد حققت بالفعل تطبيقًا صناعيًا. تتمثل ميزة طريقة HTCVD في أنها يمكنها إنتاج رقائق موصلة (n، p) وشبه عازلة عالية النقاء، ويمكنها التحكم في تركيز المنشطات بحيث يكون تركيز الناقل في الرقاقة قابلاً للتعديل بين 3×1013~5×1019 /سم3. العيوب هي عتبة فنية عالية وحصة سوقية منخفضة. مع استمرار نضج تقنية نمو بلورات SiC في الطور السائل، ستظهر إمكانات كبيرة في تطوير صناعة SiC بأكملها في المستقبل ومن المرجح أن تكون نقطة انطلاق جديدة في نمو بلورات SiC.