Od svého objevu karbid křemíku přitahuje širokou pozornost. Karbid křemíku se skládá z poloviny atomů Si a poloviny atomů C, které jsou spojeny kovalentními vazbami prostřednictvím elektronových párů sdílejících hybridní orbitaly sp3. V základní strukturní jednotce jeho monokrystalu jsou čtyři atomy Si uspořádány do pravidelné čtyřstěnné struktury a atom C se nachází ve středu pravidelného čtyřstěnu. Naopak atom Si lze také považovat za střed čtyřstěnu, čímž se vytvoří SiC4 nebo CSi4. Tetraedrická struktura. Kovalentní vazba v SiC je vysoce iontová a energie vazby křemík-uhlík je velmi vysoká, asi 4,47 eV. Díky nízké energii shlukové chyby krystaly karbidu křemíku snadno tvoří různé polytypy během procesu růstu. Existuje více než 200 známých polytypů, které lze rozdělit do tří hlavních kategorií: kubické, šestiúhelníkové a trigonální.
V současnosti mezi hlavní metody růstu krystalů SiC patří fyzikální metoda transportu par (metoda PVT), vysokoteplotní chemická depozice z plynné fáze (metoda HTCVD), metoda kapalné fáze atd. Mezi nimi je metoda PVT vyzrálejší a vhodnější pro průmyslové sériová výroba.
Takzvaná metoda PVT se týká umístění očkovacích krystalů SiC na vršek kelímku a umístění prášku SiC jako suroviny na dno kelímku. V uzavřeném prostředí s vysokou teplotou a nízkým tlakem prášek SiC sublimuje a pohybuje se nahoru působením teplotního gradientu a rozdílu koncentrací. Způsob jeho transportu do blízkosti zárodečného krystalu a jeho následné rekrystalizace po dosažení přesyceného stavu. Touto metodou lze dosáhnout řízeného růstu velikosti krystalů SiC a specifických krystalových forem.
Použití metody PVT k růstu krystalů SiC však vyžaduje vždy udržení vhodných růstových podmínek během dlouhodobého procesu růstu, jinak to povede k poruše mřížky a tím k ovlivnění kvality krystalu. Růst krystalů SiC je však dokončen v uzavřeném prostoru. Existuje jen málo účinných monitorovacích metod a mnoho proměnných, takže řízení procesu je obtížné.
V procesu růstu krystalů SiC metodou PVT je za hlavní mechanismus stabilního růstu monokrystalické formy považován režim skokového toku (Step Flow Growth).
Odpařené atomy Si a atomy C se budou přednostně vázat s atomy krystalického povrchu v bodě zlomu, kde budou nukleovat a růst, což způsobí, že každý krok bude proudit vpřed paralelně. Když šířka kroku na povrchu krystalu daleko přesahuje dráhu adatomů bez difúze, může se shlukovat velké množství adatomů a vytvořený dvourozměrný ostrovní režim růstu zničí režim růstu krokového toku, což má za následek ztrátu 4H. informace o krystalové struktuře, což má za následek mnohočetné defekty. Úprava procesních parametrů proto musí dosáhnout kontroly struktury kroku povrchu, čímž se potlačí generování polymorfních defektů, dosáhne se účelu získání monokrystalické formy a nakonec se připraví vysoce kvalitní krystaly.
Jako nejranější vyvinutá metoda růstu krystalů SiC je fyzikální metoda transportu par v současnosti nejběžnější metodou růstu pro pěstování krystalů SiC. Ve srovnání s jinými metodami má tato metoda nižší nároky na růstové zařízení, jednoduchý růstový proces, silnou řiditelnost, poměrně důkladný vývojový výzkum a již dosáhla průmyslového uplatnění. Výhodou metody HTCVD je, že dokáže pěstovat vodivé (n, p) a vysoce čisté poloizolační destičky a může řídit koncentraci dopingu tak, že koncentrace nosiče v destičce je nastavitelná mezi 3×1013~5×1019 /cm3. Nevýhodou je vysoký technický práh a nízký podíl na trhu. Vzhledem k tomu, že technologie růstu krystalů SiC v kapalné fázi stále dospívá, bude v budoucnu vykazovat velký potenciál v rozvoji celého odvětví SiC a pravděpodobně bude novým průlomovým bodem v růstu krystalů SiC.
Čas odeslání: 16. dubna 2024