Depuis sa découverte, le carbure de silicium a attiré l’attention. Le carbure de silicium est composé d'une moitié d'atomes de Si et d'une moitié d'atomes de C, qui sont reliés par des liaisons covalentes via des paires d'électrons partageant des orbitales hybrides sp3. Dans l’unité structurelle de base de son monocristal, quatre atomes de Si sont disposés dans une structure tétraédrique régulière et l’atome de C est situé au centre du tétraèdre régulier. A l’inverse, l’atome de Si peut également être considéré comme le centre du tétraèdre, formant ainsi SiC4 ou CSi4. Structure tétraédrique. La liaison covalente dans le SiC est hautement ionique et l'énergie de la liaison silicium-carbone est très élevée, environ 4,47 eV. En raison de la faible énergie des défauts d’empilement, les cristaux de carbure de silicium forment facilement divers polytypes au cours du processus de croissance. Il existe plus de 200 polytypes connus, qui peuvent être divisés en trois grandes catégories : cubique, hexagonal et trigonal.
À l'heure actuelle, les principales méthodes de croissance des cristaux de SiC comprennent la méthode de transport physique en phase vapeur (méthode PVT), le dépôt chimique en phase vapeur à haute température (méthode HTCVD), la méthode en phase liquide, etc. Parmi elles, la méthode PVT est plus mature et plus adaptée aux applications industrielles. production de masse.
La méthode dite PVT consiste à placer des germes de SiC sur le dessus du creuset et à placer de la poudre de SiC comme matière première au fond du creuset. Dans un environnement fermé à haute température et basse pression, la poudre de SiC se sublime et monte sous l'action du gradient de température et de la différence de concentration. Une méthode pour le transporter à proximité du cristal germe puis le recristalliser après avoir atteint un état sursaturé. Cette méthode permet d'obtenir une croissance contrôlable de la taille des cristaux de SiC et des formes cristallines spécifiques.
Cependant, l’utilisation de la méthode PVT pour faire croître des cristaux de SiC nécessite de toujours maintenir des conditions de croissance appropriées pendant le processus de croissance à long terme, sinon cela entraînerait un désordre du réseau, affectant ainsi la qualité du cristal. Cependant, la croissance des cristaux de SiC s’effectue dans un espace clos. Il existe peu de méthodes de surveillance efficaces et de nombreuses variables, ce qui rend le contrôle des processus difficile.
Dans le processus de croissance de cristaux de SiC par la méthode PVT, le mode de croissance par étapes (Step Flow Growth) est considéré comme le principal mécanisme de croissance stable d'une forme monocristalline.
Les atomes de Si et de C vaporisés se lieront préférentiellement aux atomes de la surface du cristal au point de courbure, où ils nucléeront et se développeront, faisant avancer chaque étape en parallèle. Lorsque la largeur des pas sur la surface du cristal dépasse de loin le libre parcours de diffusion des adatomes, un grand nombre d'adatomes peuvent s'agglomérer et le mode de croissance en forme d'îlot bidimensionnel formé détruira le mode de croissance par étapes, entraînant la perte de 4H. Informations sur la structure cristalline, entraînant de multiples défauts. Par conséquent, l'ajustement des paramètres de processus doit permettre de contrôler la structure des étapes de surface, supprimant ainsi la génération de défauts polymorphes, atteignant l'objectif d'obtenir une forme monocristalline et, finalement, de préparer des cristaux de haute qualité.
En tant que méthode de croissance de cristaux de SiC la plus ancienne développée, la méthode de transport physique de vapeur est actuellement la méthode de croissance la plus courante pour la croissance de cristaux de SiC. Par rapport à d'autres méthodes, cette méthode nécessite moins d'équipement de croissance, un processus de croissance simple, une forte contrôlabilité, une recherche de développement relativement approfondie et a déjà obtenu une application industrielle. L'avantage de la méthode HTCVD est qu'elle peut faire croître des tranches conductrices (n, p) et semi-isolantes de haute pureté, et qu'elle peut contrôler la concentration de dopage de sorte que la concentration de porteurs dans la tranche soit réglable entre 3 × 1013 ~ 5 × 1019. /cm3. Les inconvénients sont un seuil technique élevé et une faible part de marché. À mesure que la technologie de croissance des cristaux de SiC en phase liquide continue de mûrir, elle montrera un grand potentiel pour faire progresser l'ensemble de l'industrie du SiC à l'avenir et constituera probablement un nouveau point révolutionnaire dans la croissance des cristaux de SiC.
Heure de publication : 16 avril 2024