SiC સિલિકોન કાર્બાઇડ સિંગલ ક્રિસ્ટલની વૃદ્ધિ

તેની શોધ પછી, સિલિકોન કાર્બાઇડે વ્યાપક ધ્યાન આકર્ષિત કર્યું છે. સિલિકોન કાર્બાઇડ અડધા Si અણુઓ અને અડધા C અણુઓથી બનેલું છે, જે sp3 હાઇબ્રિડ ઓર્બિટલ્સ શેરિંગ ઇલેક્ટ્રોન જોડી દ્વારા સહસંયોજક બોન્ડ દ્વારા જોડાયેલા છે. તેના સિંગલ ક્રિસ્ટલના મૂળભૂત માળખાકીય એકમમાં, ચાર Si અણુ નિયમિત ટેટ્રેહેડ્રલ માળખામાં ગોઠવાયેલા છે, અને C અણુ નિયમિત ટેટ્રાહેડ્રોનની મધ્યમાં સ્થિત છે. તેનાથી વિપરીત, Si અણુને ટેટ્રેહેડ્રોનના કેન્દ્ર તરીકે પણ ગણી શકાય, ત્યાં SiC4 અથવા CSi4 બને છે. ટેટ્રાહેડ્રલ માળખું. SiC માં સહસંયોજક બોન્ડ અત્યંત આયનીય છે, અને સિલિકોન-કાર્બન બોન્ડ ઊર્જા ખૂબ ઊંચી છે, લગભગ 4.47eV. ઓછી સ્ટેકીંગ ફોલ્ટ એનર્જીને કારણે, સિલિકોન કાર્બાઇડ સ્ફટિકો સરળતાથી વૃદ્ધિ પ્રક્રિયા દરમિયાન વિવિધ પોલિટાઇપ્સ બનાવે છે. 200 થી વધુ જાણીતા પોલિટાઇપ્સ છે, જેને ત્રણ મુખ્ય શ્રેણીઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: ઘન, ષટ્કોણ અને ત્રિકોણ.

હાલમાં, SiC ક્રિસ્ટલ્સની મુખ્ય વૃદ્ધિ પદ્ધતિઓમાં ભૌતિક વરાળ પરિવહન પદ્ધતિ (PVT પદ્ધતિ), ઉચ્ચ તાપમાન રાસાયણિક વરાળ ડિપોઝિશન (HTCVD પદ્ધતિ), પ્રવાહી તબક્કો પદ્ધતિ વગેરેનો સમાવેશ થાય છે. તેમાંથી, PVT પદ્ધતિ વધુ પરિપક્વ છે અને ઔદ્યોગિક માટે વધુ યોગ્ય છે. મોટા પાયે ઉત્પાદન. ના

કહેવાતી PVT પદ્ધતિ એ ક્રુસિબલની ટોચ પર SiC સીડ સ્ફટિકો મૂકવા અને ક્રુસિબલના તળિયે કાચા માલ તરીકે SiC પાવડર મૂકવાનો ઉલ્લેખ કરે છે. ઊંચા તાપમાન અને નીચા દબાણના બંધ વાતાવરણમાં, SiC પાવડર ઉષ્ણતામાન ઢાળ અને સાંદ્રતા તફાવતની ક્રિયા હેઠળ ઉપરની તરફ આગળ વધે છે. તેને બીજ ક્રિસ્ટલની નજીકમાં પરિવહન કરવાની અને પછી સુપરસેચ્યુરેટેડ સ્થિતિમાં પહોંચ્યા પછી તેને ફરીથી સ્થાપિત કરવાની પદ્ધતિ. આ પદ્ધતિ SiC ક્રિસ્ટલ કદ અને ચોક્કસ સ્ફટિક સ્વરૂપોની નિયંત્રણક્ષમ વૃદ્ધિ હાંસલ કરી શકે છે. ના
જો કે, SiC સ્ફટિકો ઉગાડવા માટે PVT પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને લાંબા ગાળાની વૃદ્ધિ પ્રક્રિયા દરમિયાન હંમેશા યોગ્ય વૃદ્ધિની સ્થિતિ જાળવવી જરૂરી છે, અન્યથા તે જાળીના વિકાર તરફ દોરી જશે, આમ ક્રિસ્ટલની ગુણવત્તાને અસર કરશે. જો કે, SiC સ્ફટિકોની વૃદ્ધિ બંધ જગ્યામાં પૂર્ણ થાય છે. ત્યાં થોડી અસરકારક દેખરેખ પદ્ધતિઓ અને ઘણા ચલો છે, તેથી પ્રક્રિયા નિયંત્રણ મુશ્કેલ છે.

PVT પદ્ધતિ દ્વારા SiC સ્ફટિકો ઉગાડવાની પ્રક્રિયામાં, સ્ટેપ ફ્લો ગ્રોથ મોડ (સ્ટેપ ફ્લો ગ્રોથ) એ સિંગલ ક્રિસ્ટલ સ્વરૂપની સ્થિર વૃદ્ધિ માટે મુખ્ય પદ્ધતિ માનવામાં આવે છે.
બાષ્પીભવન થયેલ Si અણુઓ અને C અણુઓ પ્રાધાન્યરૂપે કિંક બિંદુ પર સ્ફટિક સપાટીના અણુઓ સાથે બંધન કરશે, જ્યાં તેઓ ન્યુક્લિએટ થશે અને વૃદ્ધિ પામશે, જેના કારણે દરેક પગલું સમાંતર રીતે આગળ વધશે. જ્યારે સ્ફટિકની સપાટી પર પગથિયાની પહોળાઈ એડેટોમ્સના પ્રસરણ મુક્ત માર્ગ કરતાં ઘણી વધી જાય છે, ત્યારે મોટી સંખ્યામાં એડેટોમ એકઠા થઈ શકે છે, અને દ્વિ-પરિમાણીય ટાપુ-જેવા વૃદ્ધિ મોડ રચાય છે, જે સ્ટેપ ફ્લો ગ્રોથ મોડને નષ્ટ કરશે, પરિણામે 4H ના નુકશાનમાં પરિણમે છે. ક્રિસ્ટલ માળખું માહિતી, બહુવિધ ખામીઓ પરિણમે છે. તેથી, પ્રક્રિયાના પરિમાણોના સમાયોજનને સપાટીના પગલાની રચનાનું નિયંત્રણ પ્રાપ્ત કરવું આવશ્યક છે, ત્યાં પોલીમોર્ફિક ખામીના નિર્માણને દબાવીને, સિંગલ ક્રિસ્ટલ સ્વરૂપ મેળવવાના હેતુને પ્રાપ્ત કરવા અને અંતે ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા સ્ફટિકો તૈયાર કરવા.

પ્રારંભિક વિકસિત SiC ક્રિસ્ટલ વૃદ્ધિ પદ્ધતિ તરીકે, ભૌતિક બાષ્પ પરિવહન પદ્ધતિ હાલમાં SiC સ્ફટિકો ઉગાડવા માટેની સૌથી મુખ્ય પ્રવાહની વૃદ્ધિ પદ્ધતિ છે. અન્ય પદ્ધતિઓની તુલનામાં, આ પદ્ધતિમાં વૃદ્ધિના સાધનો, એક સરળ વૃદ્ધિ પ્રક્રિયા, મજબૂત નિયંત્રણક્ષમતા, પ્રમાણમાં સંપૂર્ણ વિકાસ સંશોધન માટે ઓછી જરૂરિયાતો છે અને તે પહેલેથી જ ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશન પ્રાપ્ત કરી ચૂકી છે. HTCVD પદ્ધતિનો ફાયદો એ છે કે તે વાહક (n, p) અને ઉચ્ચ-શુદ્ધતાવાળા અર્ધ-ઇન્સ્યુલેટીંગ વેફર્સ ઉગાડી શકે છે અને ડોપિંગ સાંદ્રતાને નિયંત્રિત કરી શકે છે જેથી વેફરમાં વાહક સાંદ્રતા 3×1013~5×1019 વચ્ચે એડજસ્ટેબલ હોય. /cm3. ગેરફાયદા ઉચ્ચ તકનીકી થ્રેશોલ્ડ અને નીચો બજાર હિસ્સો છે. જેમ જેમ લિક્વિડ-ફેઝ SiC ક્રિસ્ટલ ગ્રોથ ટેક્નોલૉજી પરિપક્વ થઈ રહી છે, તે ભવિષ્યમાં સમગ્ર SiC ઉદ્યોગને આગળ વધારવામાં મોટી સંભાવનાઓ બતાવશે અને SiC ક્રિસ્ટલ વૃદ્ધિમાં એક નવો પ્રગતિશીલ બિંદુ બનવાની સંભાવના છે.