От откриването си силициевият карбид привлече широко внимание. Силициевият карбид е съставен от половината Si атоми и половината C атоми, които са свързани чрез ковалентни връзки чрез електронни двойки, споделящи sp3 хибридни орбитали. В основната структурна единица на неговия монокристал четири атома Si са подредени в правилна тетраедрична структура, а С атомът е разположен в центъра на правилния тетраедър. Обратно, атомът Si може също да се разглежда като център на тетраедъра, като по този начин образува SiC4 или CSi4. Тетраедрична структура. Ковалентната връзка в SiC е силно йонна, а енергията на връзката силиций-въглерод е много висока, около 4,47 eV. Благодарение на ниската енергия на грешката при подреждане, кристалите от силициев карбид лесно образуват различни политипове по време на процеса на растеж. Има повече от 200 известни политипа, които могат да бъдат разделени в три основни категории: кубични, шестоъгълни и тригонални.
Понастоящем основните методи за растеж на SiC кристали включват физически метод за транспортиране на пари (PVT метод), високотемпературно химическо отлагане на пари (HTCVD метод), метод на течна фаза и др. Сред тях методът PVT е по-зрял и по-подходящ за промишлени масово производство.
Така нареченият PVT метод се отнася до поставяне на SiC зародишни кристали в горната част на тигела и поставяне на SiC прах като суровина на дъното на тигела. В затворена среда с висока температура и ниско налягане прахът SiC сублимира и се придвижва нагоре под действието на температурен градиент и разлика в концентрацията. Метод за транспортирането му до близост до зародишния кристал и след това прекристализирането му след достигане на свръхнаситено състояние. Този метод може да постигне контролируем растеж на размера на кристала SiC и специфични кристални форми.
Използването на PVT метода за отглеждане на SiC кристали обаче изисква винаги поддържане на подходящи условия за растеж по време на дългосрочния процес на растеж, в противен случай това ще доведе до разстройство на решетката, което ще повлияе на качеството на кристала. Растежът на кристалите SiC обаче завършва в затворено пространство. Има малко ефективни методи за наблюдение и много променливи, така че контролът на процеса е труден.
В процеса на отглеждане на кристали SiC по метода PVT, режимът на растеж на стъпковия поток (Step Flow Growth) се счита за основен механизъм за стабилен растеж на единична кристална форма.
Изпарените Si атоми и C атоми ще се свържат за предпочитане с кристални повърхностни атоми в точката на прегъване, където ще се зародят и ще растат, карайки всяка стъпка да тече напред паралелно. Когато ширината на стъпката върху кристалната повърхност далеч надвишава дифузионния свободен път на адатомите, голям брой адатоми могат да се агломерират и формираният двуизмерен островен режим на растеж ще разруши режима на растеж на стъпковия поток, което води до загуба на 4H информация за кристалната структура, което води до множество дефекти. Следователно, регулирането на параметрите на процеса трябва да постигне контрол на повърхностната стъпкова структура, като по този начин потиска генерирането на полиморфни дефекти, постигайки целта за получаване на единична кристална форма и в крайна сметка приготвяйки висококачествени кристали.
Като най-ранно разработения метод за растеж на кристали SiC, методът за физическо пренасяне на пари в момента е най-масовият метод за растеж за отглеждане на кристали SiC. В сравнение с други методи, този метод има по-ниски изисквания за оборудване за растеж, прост процес на растеж, силна контролируемост, относително задълбочено изследване на развитието и вече е постигнал индустриално приложение. Предимството на метода HTCVD е, че той може да отглежда проводими (n, p) и полуизолационни пластини с висока чистота и може да контролира концентрацията на допинг, така че концентрацията на носител в пластината да се регулира между 3×1013~5×1019 /cm3. Недостатъците са висок технически праг и нисък пазарен дял. Тъй като технологията за растеж на кристали SiC в течна фаза продължава да се развива, тя ще покаже голям потенциал в развитието на цялата индустрия на SiC в бъдеще и е вероятно да бъде нова точка на пробив в растежа на кристали SiC.
Време на публикуване: 16 април 2024 г