Od svog otkrića, silicijum karbid je privukao široku pažnju. Silicijum karbid se sastoji od pola atoma Si i pola C atoma, koji su povezani kovalentnim vezama preko elektronskih parova koji dele sp3 hibridne orbitale. U osnovnoj strukturnoj jedinici njegovog monokristala četiri atoma Si raspoređena su u pravilnu tetraedarsku strukturu, a C atom se nalazi u centru pravilnog tetraedra. Obrnuto, atom Si se takođe može smatrati centrom tetraedra, formirajući tako SiC4 ili CSi4. Tetraedarska struktura. Kovalentna veza u SiC je visoko jonska, a energija veze silicijum-ugljenik je vrlo visoka, oko 4,47eV. Zbog niske energije greške slaganja, kristali silicijum karbida lako formiraju različite politipove tokom procesa rasta. Postoji više od 200 poznatih politipova, koji se mogu podijeliti u tri glavne kategorije: kubni, heksagonalni i trigonalni.
Trenutno, glavne metode rasta SiC kristala uključuju metodu fizičkog transporta pare (PVT metoda), visokotemperaturno hemijsko taloženje pare (HTCVD metoda), metodu tekuće faze, itd. Među njima, PVT metoda je zrelija i pogodnija za industriju masovna proizvodnja.
Takozvana PVT metoda se odnosi na postavljanje kristala SiC sjemena na vrh lončića i postavljanje SiC praha kao sirovog materijala na dno lončića. U zatvorenom okruženju visoke temperature i niskog pritiska, SiC prah sublimira i kreće se prema gore pod dejstvom temperaturnog gradijenta i razlike koncentracije. Metoda transporta u blizinu kristala sjemena i zatim rekristalizacija nakon postizanja prezasićenog stanja. Ova metoda može postići kontrolirani rast veličine kristala SiC i specifičnih oblika kristala.
Međutim, korištenje PVT metode za uzgoj SiC kristala zahtijeva uvijek održavanje odgovarajućih uslova rasta tokom dugotrajnog procesa rasta, inače će dovesti do poremećaja rešetke, što će utjecati na kvalitetu kristala. Međutim, rast SiC kristala je završen u zatvorenom prostoru. Postoji nekoliko efikasnih metoda praćenja i mnogo varijabli, tako da je kontrola procesa teška.
U procesu uzgoja SiC kristala PVT metodom, glavnim mehanizmom za stabilan rast monokristalne forme smatra se postupni način rasta toka (Step Flow Growth).
Ispareni atomi Si i C atomi će se prvenstveno vezati za atome površine kristala na pregibnoj tački, gdje će se formirati i rasti, uzrokujući da svaki korak teče naprijed paralelno. Kada širina koraka na površini kristala daleko premašuje putanju adatoma bez difuzije, veliki broj adatoma se može aglomerirati, a formirani dvodimenzionalni način rasta nalik na otok uništit će način rasta toka koraka, što rezultira gubitkom 4H informacije o kristalnoj strukturi, što rezultira višestrukim defektima. Zbog toga se prilagodbom parametara procesa mora postići kontrola površinske strukture koraka, čime se suzbija nastajanje polimorfnih defekata, postiže svrha dobivanja monokristalne forme i na kraju priprema visokokvalitetnih kristala.
Kao najranije razvijena metoda rasta SiC kristala, metoda fizičkog transporta pare je trenutno najosnovnija metoda rasta za uzgoj SiC kristala. U poređenju sa drugim metodama, ova metoda ima manje zahtjeve za opremom za rast, jednostavan proces rasta, snažnu kontrolu, relativno temeljno istraživanje razvoja i već je postigla industrijsku primjenu. Prednost HTCVD metode je u tome što može uzgajati provodljive (n, p) i poluizolacijske pločice visoke čistoće, te može kontrolirati koncentraciju dopinga tako da je koncentracija nosača u pločici podesiva između 3×1013~5×1019 /cm3. Nedostaci su visoki tehnički prag i nizak udio na tržištu. Kako tehnologija rasta SiC kristala u tečnoj fazi nastavlja da sazrijeva, ona će pokazati veliki potencijal u unapređenju cijele industrije SiC u budućnosti i vjerovatno će biti nova tačka proboja u rastu kristala SiC.
Vrijeme objave: Apr-16-2024