Löytämisestään lähtien piikarbidi on herättänyt laajaa huomiota. Piikarbidi koostuu puolikkaasta Si-atomeista ja puolikkaasta C-atomeista, jotka on yhdistetty kovalenttisilla sidoksilla elektroniparien kautta, jotka jakavat sp3-hybridiradat. Sen yksikiteen perusrakenneyksikössä neljä Si-atomia on järjestetty säännölliseen tetraedrirakenteeseen ja C-atomi sijaitsee säännöllisen tetraedrin keskellä. Toisaalta Si-atomia voidaan pitää myös tetraedrin keskuksena, jolloin muodostuu SiC4 tai CSi4. Tetrahedraalinen rakenne. SiC:n kovalenttinen sidos on erittäin ioninen, ja pii-hiilisidoksen energia on erittäin korkea, noin 4,47 eV. Pienen pinoutumisvikaenergian ansiosta piikarbidikiteet muodostavat helposti erilaisia polytyyppejä kasvuprosessin aikana. Tunnetaan yli 200 polytyyppiä, jotka voidaan jakaa kolmeen pääluokkaan: kuutio, kuusikulmainen ja trigonaalinen.
Tällä hetkellä tärkeimpiä piikarbidikiteiden kasvatusmenetelmiä ovat fyysinen höyrynsiirtomenetelmä (PVT-menetelmä), korkean lämpötilan kemiallinen höyrypinnoitus (HTCVD-menetelmä), nestefaasimenetelmä jne. Näistä PVT-menetelmä on kypsempi ja soveltuu paremmin teolliseen käyttöön. massatuotanto.
Ns. PVT-menetelmällä tarkoitetaan piikarbidin siemenkiteiden sijoittamista upokkaan päälle ja piikarbidijauheen sijoittamista raaka-aineena upokkaan pohjalle. Suljetussa ympäristössä, jossa on korkea lämpötila ja matala paine, piikarbidijauhe sublimoituu ja liikkuu ylöspäin lämpötilagradientin ja pitoisuuseron vaikutuksesta. Menetelmä sen kuljettamiseksi siemenkiteen läheisyyteen ja sen uudelleenkiteyttämiseksi sen jälkeen, kun se on saavuttanut ylikyllästyneen tilan. Tällä menetelmällä voidaan saavuttaa hallittava piikarbidin kidekoon ja spesifisten kidemuotojen kasvu.
PVT-menetelmän käyttäminen SiC-kiteiden kasvattamiseen edellyttää kuitenkin aina sopivien kasvuolosuhteiden ylläpitämistä pitkän aikavälin kasvuprosessin aikana, muuten se johtaa hilahäiriöön, mikä vaikuttaa kiteen laatuun. Piikarbidikiteiden kasvu päättyy kuitenkin suljetussa tilassa. Tehokkaita valvontamenetelmiä ja muuttujia on paljon, joten prosessin ohjaus on vaikeaa.
SiC-kiteiden kasvatusprosessissa PVT-menetelmällä askelvirtauskasvutilaa (Step Flow Growth) pidetään päämekanismina yksittäiskidemuodon vakaalle kasvulle.
Höyrystyneet Si- ja C-atomit sitoutuvat ensisijaisesti kidepinnan atomeihin mutkakohdassa, jossa ne ydintyvät ja kasvavat, jolloin jokainen askel virtaa eteenpäin rinnakkain. Kun portaan leveys kiteen pinnalla ylittää huomattavasti adatomien diffuusiovapaan reitin, suuri määrä adatomeja voi agglomeroitua, ja muodostunut kaksiulotteinen saarekemainen kasvutapa tuhoaa askelvirtauksen kasvutilan, mikä johtaa 4H:n menetykseen. kiderakennetiedot, mikä johtaa useisiin virheisiin. Siksi prosessiparametrien säätämisellä on saavutettava pinta-askelrakenteen hallinta, mikä estää polymorfisten vikojen muodostumisen, saavuttaa tavoitteen saada yksikidemuoto ja viime kädessä valmistaa korkealaatuisia kiteitä.
Varhaisina kehitettynä piikarbidikiteiden kasvatusmenetelmänä fyysinen höyrynsiirtomenetelmä on tällä hetkellä yleisin piikarbidikiteiden kasvatusmenetelmä. Muihin menetelmiin verrattuna tällä menetelmällä on alhaisemmat vaatimukset kasvatuslaitteistolle, yksinkertainen kasvatusprosessi, vahva ohjattavuus, suhteellisen perusteellinen kehitystutkimus ja se on jo saavuttanut teollisen käytön. HTCVD-menetelmän etuna on, että se pystyy kasvattamaan sähköä johtavia (n, p) ja erittäin puhtaita puolieristäviä kiekkoja ja hallitsemaan seostuspitoisuutta siten, että kiekon kantoainepitoisuus on säädettävissä välillä 3×1013~5×1019. /cm3. Haittoja ovat korkea tekninen kynnys ja pieni markkinaosuus. Nestefaasin piikarbidikiteiden kasvatusteknologian kypsyessä edelleen, se näyttää suuren potentiaalin edistää koko piikarbiditeollisuutta tulevaisuudessa ja on todennäköisesti uusi läpimurtokohta piikarbidikiteiden kasvussa.
Postitusaika: 16.4.2024