Από την ανακάλυψή του, το καρβίδιο του πυριτίου έχει προσελκύσει ευρεία προσοχή. Το καρβίδιο του πυριτίου αποτελείται από μισά άτομα Si και μισά άτομα C, τα οποία συνδέονται με ομοιοπολικούς δεσμούς μέσω ζευγών ηλεκτρονίων που μοιράζονται υβριδικά τροχιακά sp3. Στη βασική δομική μονάδα του μονοκρυστάλλου του, τέσσερα άτομα Si είναι διατεταγμένα σε μια κανονική τετραεδρική δομή και το άτομο C βρίσκεται στο κέντρο του κανονικού τετραέδρου. Αντίθετα, το άτομο Si μπορεί επίσης να θεωρηθεί ως το κέντρο του τετραέδρου, σχηματίζοντας έτσι SiC4 ή CSi4. Τετραεδρική δομή. Ο ομοιοπολικός δεσμός στο SiC είναι εξαιρετικά ιοντικός και η ενέργεια του δεσμού πυριτίου-άνθρακα είναι πολύ υψηλή, περίπου 4,47 eV. Λόγω της χαμηλής ενέργειας σφάλματος στοίβαξης, οι κρύσταλλοι καρβιδίου του πυριτίου σχηματίζουν εύκολα διάφορους πολυτύπους κατά τη διαδικασία ανάπτυξης. Υπάρχουν περισσότεροι από 200 γνωστοί πολυτύποι, οι οποίοι μπορούν να χωριστούν σε τρεις μεγάλες κατηγορίες: κυβικά, εξαγωνικά και τριγωνικά.
Επί του παρόντος, οι κύριες μέθοδοι ανάπτυξης κρυστάλλων SiC περιλαμβάνουν τη μέθοδο μεταφοράς φυσικού ατμού (μέθοδος PVT), τη χημική εναπόθεση ατμών σε υψηλή θερμοκρασία (μέθοδος HTCVD), τη μέθοδο υγρής φάσης κ.λπ. Μεταξύ αυτών, η μέθοδος PVT είναι πιο ώριμη και πιο κατάλληλη για βιομηχανική χρήση μαζική παραγωγή. ,
Η λεγόμενη μέθοδος PVT αναφέρεται στην τοποθέτηση κρυστάλλων σπόρων SiC στην κορυφή του χωνευτηρίου και στην τοποθέτηση σκόνης SiC ως πρώτης ύλης στον πυθμένα του χωνευτηρίου. Σε ένα κλειστό περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας και χαμηλής πίεσης, η σκόνη SiC εξαχνώνεται και κινείται προς τα πάνω υπό την επίδραση της διαφοράς θερμοκρασίας και συγκέντρωσης. Μια μέθοδος μεταφοράς του στην περιοχή του κρυστάλλου του σπόρου και στη συνέχεια ανακρυστάλλωσής του αφού φτάσει σε υπερκορεσμένη κατάσταση. Αυτή η μέθοδος μπορεί να επιτύχει ελεγχόμενη ανάπτυξη του μεγέθους των κρυστάλλων SiC και συγκεκριμένων κρυσταλλικών μορφών. ,
Ωστόσο, η χρήση της μεθόδου PVT για την ανάπτυξη κρυστάλλων SiC απαιτεί τη διατήρηση των κατάλληλων συνθηκών ανάπτυξης κατά τη μακροπρόθεσμη διαδικασία ανάπτυξης, διαφορετικά θα οδηγήσει σε διαταραχή του πλέγματος, επηρεάζοντας έτσι την ποιότητα του κρυστάλλου. Ωστόσο, η ανάπτυξη των κρυστάλλων SiC ολοκληρώνεται σε κλειστό χώρο. Υπάρχουν λίγες αποτελεσματικές μέθοδοι παρακολούθησης και πολλές μεταβλητές, επομένως ο έλεγχος της διαδικασίας είναι δύσκολος.
Στη διαδικασία ανάπτυξης κρυστάλλων SiC με τη μέθοδο PVT, ο τρόπος ανάπτυξης σταδιακής ροής (Step Flow Growth) θεωρείται ο κύριος μηχανισμός για τη σταθερή ανάπτυξη μιας μονοκρυσταλλικής μορφής.
Τα εξατμισμένα άτομα Si και τα άτομα C θα συνδεθούν κατά προτίμηση με τα άτομα της επιφάνειας κρυστάλλου στο σημείο συστροφής, όπου θα πυρηνωθούν και θα αναπτυχθούν, προκαλώντας κάθε βήμα να ρέει προς τα εμπρός παράλληλα. Όταν το πλάτος βήματος στην επιφάνεια του κρυστάλλου υπερβαίνει κατά πολύ την ελεύθερη διάχυση διαδρομή των αδατόμων, ένας μεγάλος αριθμός αδατόμων μπορεί να συσσωματωθεί και ο δισδιάστατος τρόπος ανάπτυξης που μοιάζει με νησίδα που σχηματίζεται θα καταστρέψει τον τρόπο ανάπτυξης βηματικής ροής, με αποτέλεσμα την απώλεια 4 ωρών πληροφορίες κρυσταλλικής δομής, με αποτέλεσμα πολλαπλά ελαττώματα. Επομένως, η προσαρμογή των παραμέτρων διεργασίας πρέπει να επιτύχει τον έλεγχο της δομής του βήματος της επιφάνειας, καταστέλλοντας έτσι τη δημιουργία πολυμορφικών ελαττωμάτων, επιτυγχάνοντας τον σκοπό της απόκτησης μιας μορφής κρυστάλλου και τελικά την προετοιμασία κρυστάλλων υψηλής ποιότητας.
Ως η πιο πρώιμη αναπτυγμένη μέθοδος ανάπτυξης κρυστάλλων SiC, η μέθοδος μεταφοράς φυσικού ατμού είναι επί του παρόντος η πιο κύρια μέθοδος ανάπτυξης για την ανάπτυξη κρυστάλλων SiC. Σε σύγκριση με άλλες μεθόδους, αυτή η μέθοδος έχει χαμηλότερες απαιτήσεις για εξοπλισμό ανάπτυξης, απλή διαδικασία ανάπτυξης, ισχυρή δυνατότητα ελέγχου, σχετικά ενδελεχή έρευνα ανάπτυξης και έχει ήδη επιτύχει βιομηχανική εφαρμογή. Το πλεονέκτημα της μεθόδου HTCVD είναι ότι μπορεί να αναπτύξει αγώγιμα (n, p) και ημιμονωτικά γκοφρέτες υψηλής καθαρότητας και μπορεί να ελέγχει τη συγκέντρωση ντόπινγκ έτσι ώστε η συγκέντρωση φορέα στη γκοφρέτα να είναι ρυθμιζόμενη μεταξύ 3×1013~5×1019 /cm3. Τα μειονεκτήματα είναι το υψηλό τεχνικό όριο και το χαμηλό μερίδιο αγοράς. Καθώς η τεχνολογία ανάπτυξης κρυστάλλων SiC υγρής φάσης συνεχίζει να ωριμάζει, θα δείξει μεγάλες δυνατότητες για την ανάπτυξη ολόκληρης της βιομηχανίας SiC στο μέλλον και είναι πιθανό να αποτελέσει ένα νέο σημείο καινοτομίας στην ανάπτυξη κρυστάλλων SiC.
Ώρα δημοσίευσης: Απρ-16-2024