Sejak penemuannya, silikon karbida telah menarik perhatian luas. Silikon karbida terdiri dari setengah atom Si dan setengah atom C, yang dihubungkan melalui ikatan kovalen melalui pasangan elektron yang berbagi orbital hibrid sp3. Dalam unit struktur dasar kristal tunggalnya, empat atom Si tersusun dalam struktur tetrahedral beraturan, dan atom C terletak di pusat tetrahedron beraturan. Sebaliknya, atom Si juga dapat dianggap sebagai pusat tetrahedron sehingga membentuk SiC4 atau CSi4. Struktur tetrahedral. Ikatan kovalen dalam SiC sangat ionik, dan energi ikatan silikon-karbon sangat tinggi, sekitar 4,47eV. Karena energi kesalahan penumpukan yang rendah, kristal silikon karbida dengan mudah membentuk berbagai politipe selama proses pertumbuhan. Ada lebih dari 200 politipe yang diketahui, yang dapat dibagi menjadi tiga kategori utama: kubik, heksagonal, dan trigonal.
Saat ini, metode pertumbuhan utama kristal SiC meliputi Metode Transportasi Uap Fisik (metode PVT), Deposisi Uap Kimia Suhu Tinggi (metode HTCVD), Metode Fase Cair, dll. Diantaranya, metode PVT lebih matang dan lebih cocok untuk industri produksi massal.
Yang disebut metode PVT mengacu pada penempatan kristal benih SiC di bagian atas wadah, dan penempatan bubuk SiC sebagai bahan mentah di bagian bawah wadah. Dalam lingkungan tertutup bersuhu tinggi dan bertekanan rendah, bubuk SiC menyublim dan bergerak ke atas di bawah pengaruh gradien suhu dan perbedaan konsentrasi. Suatu metode pengangkutan ke sekitar kristal benih dan kemudian mengkristalkannya kembali setelah mencapai keadaan lewat jenuh. Metode ini dapat mencapai pertumbuhan ukuran kristal SiC dan bentuk kristal spesifik yang terkendali.
Namun, penggunaan metode PVT untuk menumbuhkan kristal SiC memerlukan selalu menjaga kondisi pertumbuhan yang sesuai selama proses pertumbuhan jangka panjang, jika tidak maka akan menyebabkan gangguan kisi, sehingga mempengaruhi kualitas kristal. Namun, pertumbuhan kristal SiC selesai dalam ruang tertutup. Hanya ada sedikit metode pemantauan yang efektif dan banyak variabel, sehingga pengendalian proses menjadi sulit.
Dalam proses pertumbuhan kristal SiC dengan metode PVT, mode pertumbuhan aliran bertahap (Step Flow Growth) dianggap sebagai mekanisme utama untuk pertumbuhan stabil bentuk kristal tunggal.
Atom Si dan atom C yang menguap akan secara istimewa berikatan dengan atom permukaan kristal pada titik ketegaran, di mana mereka akan berinti dan tumbuh, menyebabkan setiap langkah mengalir maju secara paralel. Ketika lebar langkah pada permukaan kristal jauh melebihi jalur bebas difusi adatom, sejumlah besar adatom dapat menggumpal, dan mode pertumbuhan seperti pulau dua dimensi yang terbentuk akan menghancurkan mode pertumbuhan aliran bertahap, yang mengakibatkan hilangnya 4H. informasi struktur kristal, menghasilkan banyak cacat. Oleh karena itu, penyesuaian parameter proses harus mencapai kontrol struktur langkah permukaan, sehingga menekan timbulnya cacat polimorfik, mencapai tujuan memperoleh bentuk kristal tunggal, dan pada akhirnya menyiapkan kristal berkualitas tinggi.
Sebagai metode pertumbuhan kristal SiC yang paling awal dikembangkan, metode transpor uap fisik saat ini merupakan metode pertumbuhan paling utama untuk menumbuhkan kristal SiC. Dibandingkan dengan metode lain, metode ini memiliki persyaratan peralatan pertumbuhan yang lebih rendah, proses pertumbuhan yang sederhana, kemampuan pengendalian yang kuat, penelitian pengembangan yang relatif menyeluruh, dan telah mencapai penerapan industri. Keuntungan dari metode HTCVD adalah dapat menumbuhkan wafer semi-isolasi konduktif (n, p) dan kemurnian tinggi, serta dapat mengontrol konsentrasi doping sehingga konsentrasi pembawa dalam wafer dapat disesuaikan antara 3×1013~5×1019 /cm3. Kerugiannya adalah ambang batas teknis yang tinggi dan pangsa pasar yang rendah. Seiring dengan semakin matangnya teknologi pertumbuhan kristal SiC fase cair, hal ini akan menunjukkan potensi besar dalam memajukan seluruh industri SiC di masa depan dan kemungkinan akan menjadi titik terobosan baru dalam pertumbuhan kristal SiC.
Waktu posting: 16 April-2024