Desde su descubrimiento, el carburo de silicio ha atraído una gran atención. El carburo de silicio está compuesto por mitad átomos de Si y mitad átomos de C, que están conectados por enlaces covalentes a través de pares de electrones que comparten orbitales híbridos sp3. En la unidad estructural básica de su monocristal, cuatro átomos de Si están dispuestos en una estructura tetraédrica regular y el átomo de C está ubicado en el centro del tetraedro regular. Por el contrario, el átomo de Si también puede considerarse como el centro del tetraedro, formando así SiC4 o CSi4. Estructura tetraédrica. El enlace covalente en SiC es altamente iónico y la energía del enlace silicio-carbono es muy alta, alrededor de 4,47 eV. Debido a la baja energía de falla de apilamiento, los cristales de carburo de silicio forman fácilmente varios politipos durante el proceso de crecimiento. Hay más de 200 politipos conocidos, que se pueden dividir en tres categorías principales: cúbicos, hexagonales y trigonales.
En la actualidad, los principales métodos de crecimiento de cristales de SiC incluyen el método de transporte físico de vapor (método PVT), la deposición química de vapor a alta temperatura (método HTCVD), el método en fase líquida, etc. Entre ellos, el método PVT es más maduro y más adecuado para uso industrial. producción en masa.
El llamado método PVT se refiere a colocar cristales semilla de SiC en la parte superior del crisol y colocar polvo de SiC como materia prima en el fondo del crisol. En un ambiente cerrado de alta temperatura y baja presión, el polvo de SiC se sublima y se mueve hacia arriba bajo la acción del gradiente de temperatura y la diferencia de concentración. Un método para transportarlo a las proximidades del cristal semilla y luego recristalizarlo después de alcanzar un estado sobresaturado. Este método puede lograr un crecimiento controlable del tamaño de los cristales de SiC y de formas cristalinas específicas.
Sin embargo, el uso del método PVT para hacer crecer cristales de SiC requiere mantener siempre las condiciones de crecimiento adecuadas durante el proceso de crecimiento a largo plazo; de lo contrario, se producirá un desorden en la red, lo que afectará la calidad del cristal. Sin embargo, el crecimiento de los cristales de SiC se completa en un espacio cerrado. Existen pocos métodos de seguimiento eficaces y muchas variables, por lo que el control del proceso es difícil.
En el proceso de crecimiento de cristales de SiC mediante el método PVT, el modo de crecimiento de flujo escalonado (Step Flow Growth) se considera el mecanismo principal para el crecimiento estable de una forma de cristal único.
Los átomos de Si y C vaporizados se unirán preferentemente con los átomos de la superficie del cristal en el punto de torsión, donde se nuclearán y crecerán, haciendo que cada paso fluya hacia adelante en paralelo. Cuando el ancho del paso en la superficie del cristal excede con creces el camino libre de difusión de los adatoms, una gran cantidad de adatoms pueden aglomerarse y el modo de crecimiento bidimensional en forma de isla formado destruirá el modo de crecimiento del flujo escalonado, lo que resultará en la pérdida de 4H. información de la estructura cristalina, lo que resulta en múltiples defectos. Por lo tanto, el ajuste de los parámetros del proceso debe lograr el control de la estructura del paso de la superficie, suprimiendo así la generación de defectos polimórficos, logrando el propósito de obtener una forma monocristalina y, en última instancia, preparar cristales de alta calidad.
Como método de crecimiento de cristales de SiC desarrollado por primera vez, el método de transporte físico de vapor es actualmente el método de crecimiento más utilizado para cultivar cristales de SiC. En comparación con otros métodos, este método tiene menores requisitos de equipo de crecimiento, un proceso de crecimiento simple, una gran controlabilidad, una investigación de desarrollo relativamente exhaustiva y ya ha logrado una aplicación industrial. La ventaja del método HTCVD es que puede producir obleas conductoras (n, p) y semiaislantes de alta pureza, y puede controlar la concentración de dopaje de modo que la concentración de portador en la oblea sea ajustable entre 3×1013~5×1019. /cm3. Las desventajas son un alto umbral técnico y una baja cuota de mercado. A medida que la tecnología de crecimiento de cristales de SiC en fase líquida continúe madurando, mostrará un gran potencial para hacer avanzar toda la industria del SiC en el futuro y es probable que sea un nuevo punto de avance en el crecimiento de los cristales de SiC.
Hora de publicación: 16 de abril de 2024