La méthode PVT, dont le nom complet est Physical Vapor Transportation (Transport physique en phase vapeur), est une méthode courante pour la croissance du carbure de silicium (SiCLa cristallisation par fusion (ou cristallisation sous haute température et haute pression) repose sur le chauffage de poudre de carbure de silicium jusqu'à sublimation à une température supérieure à 2300 °C, dans un environnement à basse pression proche du vide. Il se forme alors un gaz de réaction contenant des composants gazeux tels que Si, Si₂C et SiC₂. En raison des différentes pressions partielles en phase gazeuse des composants Si et C issus de la sublimation en phase solide, le rapport stœchiométrique Si/C varie en fonction de la distribution du champ thermique. Il est donc nécessaire de contrôler la distribution et le transport des composants en phase gazeuse afin de garantir leur acheminement vers les sites de cristallisation spécifiques dans la chambre de croissance.
Pour éviter la formation de carbure de silicium polycristallin par cristallisation en phase gazeuse désordonnée, des germes de carbure de silicium sont placés en haut de la chambre de croissance. Sous l'effet de la sursaturation en phase gazeuse, les composants de cette phase se déposent à la surface du germe pour former des monocristaux de carbure de silicium. L'ensemble du processus réactionnel se déroule dans une chambre de croissance fermée, où tous les paramètres du système réactionnel sont interdépendants. Toute fluctuation des conditions de croissance affecte la stabilité de la croissance monocristalline.
De plus, les différentes structures compactes des monocristaux de carbure de silicium, du fait de leur orientation cristalline, induisent diverses connexions et liaisons atomiques, formant ainsi plus de 200 formes cristallines d'isomères de carbure de silicium. La barrière de conversion d'énergie entre ces différentes formes cristallines étant extrêmement faible, une transformation de la forme cristalline est très probable dans le système de croissance monocristalline PVT, entraînant des formes cristallines cibles désordonnées et divers défauts de cristallisation. Par conséquent, il est nécessaire d'utiliser un équipement d'inspection spécifique pour détecter la forme cristalline et les différents défauts du lingot.
Le procédé de fabrication du carbure de silicium présente des exigences extrêmement élevées, qui se manifestent principalement sous les aspects suivants :
- Le processus de synthèse de la poudre de carbure de silicium est perturbé par de nombreuses impuretés environnementales, ce qui rend difficile l'obtention d'une poudre de haute pureté. La réaction incomplète entre la poudre de silicium et la poudre de carbone, utilisées comme réactif, est susceptible d'entraîner un déséquilibre du rapport Si/C. Enfin, la forme cristalline et la granulométrie de la poudre de carbure de silicium après synthèse sont difficiles à contrôler.
- Sous des températures élevées supérieures à 2300 °C et dans un quasi-vide, le carbure de silicium subit une transformation « solide-gaz-solide » suivie d'une recristallisation dans une chambre en graphite fermée. Ce processus, à cycle de croissance long et difficile à contrôler, est sujet à des défauts tels que des microtubules et des inclusions.
- Le carbure de silicium comprend plus de 200 formes cristallines différentes, mais la production n'en requiert généralement qu'une seule. Lors de sa croissance, des transformations de forme cristalline sont fréquentes, engendrant des défauts d'inclusion de nature diverse. Durant la préparation, il est difficile de contrôler de manière stable une forme cristalline spécifique, et la barrière de conversion d'énergie entre les différentes formes cristallines est extrêmement faible, ce qui complexifie encore le contrôle. La maîtrise des paramètres et les recherches associées nécessitent des investissements considérables en R&D, ce qui explique en partie le coût élevé du carbure de silicium.
Date de publication : 3 juillet 2025