Siden sin opdagelse har siliciumcarbid tiltrukket bred opmærksomhed. Siliciumcarbid er sammensat af halve Si-atomer og halve C-atomer, som er forbundet med kovalente bindinger gennem elektronpar, der deler sp3 hybridorbitaler. I den grundlæggende strukturelle enhed af dens enkeltkrystal er fire Si-atomer arrangeret i en regulær tetraedrisk struktur, og C-atomet er placeret i midten af det regulære tetraeder. Omvendt kan Si-atomet også betragtes som centrum af tetraederet og derved danne SiC4 eller CSi4. Tetraedrisk struktur. Den kovalente binding i SiC er meget ionisk, og silicium-carbonbindingsenergien er meget høj, omkring 4,47 eV. På grund af den lave stablingsfejlenergi danner siliciumcarbidkrystaller let forskellige polytyper under vækstprocessen. Der er mere end 200 kendte polytyper, som kan opdeles i tre hovedkategorier: kubisk, sekskantet og trigonalt.
På nuværende tidspunkt omfatter de vigtigste vækstmetoder for SiC-krystaller fysisk damptransportmetode (PVT-metode), kemisk dampaflejring ved høj temperatur (HTCVD-metode), væskefasemetode osv. Blandt dem er PVT-metoden mere moden og mere egnet til industriel brug masseproduktion. ,
Den såkaldte PVT-metode refererer til at placere SiC-frøkrystaller på toppen af diglen, og at placere SiC-pulver som råmateriale i bunden af diglen. I et lukket miljø med høj temperatur og lavt tryk sublimerer SiC-pulveret og bevæger sig opad under påvirkning af temperaturgradient og koncentrationsforskel. En metode til at transportere den til nærhed af frøkrystallen og derefter omkrystallisere den efter at have nået en overmættet tilstand. Denne metode kan opnå kontrollerbar vækst af SiC-krystalstørrelse og specifikke krystalformer. ,
Brug af PVT-metoden til at dyrke SiC-krystaller kræver dog altid at opretholde passende vækstbetingelser under den langsigtede vækstproces, ellers vil det føre til gitterforstyrrelser, og dermed påvirke kvaliteten af krystallen. Væksten af SiC-krystaller afsluttes dog i et lukket rum. Der er få effektive overvågningsmetoder og mange variabler, så processtyring er vanskelig.
I processen med at dyrke SiC-krystaller ved hjælp af PVT-metoden anses step-flow-væksttilstanden (Step Flow Growth) for at være hovedmekanismen for den stabile vækst af en enkelt krystalform.
De fordampede Si-atomer og C-atomer vil fortrinsvis binde med krystaloverfladeatomer ved knækpunktet, hvor de vil kerne og vokse, hvilket får hvert trin til at flyde fremad parallelt. Når trinbredden på krystaloverfladen langt overstiger den diffusionsfrie vej for atomer, kan et stort antal atomer agglomerere, og den dannede todimensionelle ø-lignende væksttilstand vil ødelægge trinstrømmens væksttilstand, hvilket resulterer i tab af 4H information om krystalstruktur, hvilket resulterer i flere defekter. Derfor skal justeringen af procesparametre opnå styringen af overfladetrinstrukturen og derved undertrykke genereringen af polymorfe defekter, opnå formålet med at opnå en enkelt krystalform og i sidste ende forberede krystaller af høj kvalitet.
Som den tidligst udviklede SiC krystalvækstmetode er den fysiske damptransportmetode i øjeblikket den mest almindelige vækstmetode til dyrkning af SiC-krystaller. Sammenlignet med andre metoder har denne metode lavere krav til vækstudstyr, en enkel vækstproces, stærk kontrollerbarhed, relativt grundig udviklingsforskning og har allerede opnået industriel anvendelse. Fordelen ved HTCVD-metoden er, at den kan dyrke ledende (n, p) og høj-ren semi-isolerende wafere og kan styre dopingkoncentrationen, så bærerkoncentrationen i waferen kan justeres mellem 3×1013~5×1019 /cm3. Ulemperne er høj teknisk tærskel og lav markedsandel. Da væskefase SiC krystalvækstteknologien fortsætter med at modnes, vil den vise et stort potentiale i at fremme hele SiC-industrien i fremtiden og vil sandsynligvis blive et nyt gennembrudspunkt i SiC-krystalvækst.
Indlægstid: 16-apr-2024