Od svog otkrića, silicijev karbid je privukao široku pozornost. Silicijev karbid sastoji se od pola atoma Si i pola atoma C, koji su povezani kovalentnim vezama preko elektronskih parova koji dijele sp3 hibridne orbitale. U osnovnoj strukturnoj jedinici njegovog monokristala četiri atoma Si raspoređena su u pravilnu tetraedarsku strukturu, a atom C nalazi se u središtu pravilnog tetraedra. Suprotno tome, atom Si se također može smatrati središtem tetraedra, tvoreći tako SiC4 ili CSi4. Tetraedarska struktura. Kovalentna veza u SiC je visoko ionska, a energija veze silicij-ugljik je vrlo visoka, oko 4,47 eV. Zbog niske energije greške slaganja, kristali silicijevog karbida lako formiraju različite politipove tijekom procesa rasta. Postoji više od 200 poznatih politipova, koji se mogu podijeliti u tri glavne kategorije: kubični, heksagonalni i trigonalni.
Trenutačno glavne metode rasta SiC kristala uključuju fizikalnu metodu prijenosa pare (PVT metoda), visokotemperaturno kemijsko taloženje parom (HTCVD metoda), metodu tekuće faze, itd. Među njima, PVT metoda je zrelija i prikladnija za industriju masovna proizvodnja.
Takozvana PVT metoda odnosi se na stavljanje klica SiC kristala na vrh lončića i stavljanje SiC praha kao sirovine na dno lončića. U zatvorenom okruženju visoke temperature i niskog tlaka, SiC prah sublimira i kreće se prema gore pod djelovanjem temperaturnog gradijenta i koncentracijske razlike. Metoda njegovog prijenosa u blizinu klice kristala i njegove rekristalizacije nakon postizanja prezasićenog stanja. Ovom metodom može se postići kontrolirani rast veličine kristala SiC i specifičnih oblika kristala.
Međutim, korištenje PVT metode za uzgoj SiC kristala zahtijeva uvijek održavanje odgovarajućih uvjeta rasta tijekom dugotrajnog procesa rasta, inače će dovesti do poremećaja rešetke, što utječe na kvalitetu kristala. Međutim, rast SiC kristala se završava u zatvorenom prostoru. Postoji nekoliko učinkovitih metoda praćenja i mnogo varijabli, pa je kontrola procesa teška.
U procesu uzgoja SiC kristala PVT metodom, korakasti način rasta (Step Flow Growth) smatra se glavnim mehanizmom za stabilan rast monokristalnog oblika.
Ispareni Si atomi i C atomi će se prvenstveno vezati s kristalnim površinskim atomima na točki preloma, gdje će nukleirati i rasti, uzrokujući da svaki korak teče naprijed paralelno. Kada širina koraka na kristalnoj površini daleko premašuje difuzijski slobodni put adatoma, veliki broj adatoma može se aglomerirati, a formirani dvodimenzionalni način rasta nalik otoku uništit će način rasta stepenastog toka, što će rezultirati gubitkom 4H informacije o kristalnoj strukturi, što rezultira višestrukim nedostacima. Stoga se prilagodbom procesnih parametara mora postići kontrola površinske stupnjevite strukture, čime se suzbija stvaranje polimorfnih defekata, postižući svrhu dobivanja monokristalnog oblika, te u konačnici pripremajući visokokvalitetne kristale.
Kao najstarija razvijena metoda rasta kristala SiC, metoda fizičkog prijenosa pare trenutno je najčešća metoda rasta za uzgoj kristala SiC. U usporedbi s drugim metodama, ova metoda ima niže zahtjeve za opremu za uzgoj, jednostavan proces rasta, snažnu mogućnost kontrole, relativno temeljita razvojna istraživanja i već je postigla industrijsku primjenu. Prednost HTCVD metode je u tome što može uzgajati vodljive (n, p) i poluizolacijske pločice visoke čistoće i može kontrolirati koncentraciju dopinga tako da se koncentracija nosača u pločici može podešavati između 3×1013~5×1019 /cm3. Nedostaci su visoki tehnički prag i nizak tržišni udio. Kako tehnologija rasta SiC kristala u tekućoj fazi i dalje sazrijeva, pokazat će veliki potencijal u unapređenju cjelokupne SiC industrije u budućnosti i vjerojatno će biti nova točka proboja u rastu SiC kristala.
Vrijeme objave: 16. travnja 2024