Sin dalla sua scoperta, il carburo di silicio ha attirato l'attenzione di molti. Il carburo di silicio è composto da metà atomi di Si e metà atomi di C, che sono collegati da legami covalenti tramite coppie di elettroni che condividono orbitali ibridi sp3. Nell'unità strutturale di base del suo monocristallo, quattro atomi di Si sono disposti in una struttura tetraedrica regolare e l'atomo di C si trova al centro del tetraedro regolare. Viceversa, l'atomo di Si può anche essere considerato il centro del tetraedro, formando così SiC4 o CSi4. Struttura tetraedrica. Il legame covalente nel SiC è altamente ionico e l'energia del legame silicio-carbonio è molto elevata, circa 4,47 eV. A causa della bassa energia di guasto di impilamento, i cristalli di carburo di silicio formano facilmente vari politipi durante il processo di crescita. Sono conosciuti più di 200 politipi, che possono essere suddivisi in tre grandi categorie: cubici, esagonali e trigonali.
Attualmente, i principali metodi di crescita dei cristalli SiC includono il metodo del trasporto fisico del vapore (metodo PVT), la deposizione chimica del vapore ad alta temperatura (metodo HTCVD), il metodo della fase liquida, ecc. Tra questi, il metodo PVT è più maturo e più adatto per l'industria produzione di massa.
Il cosiddetto metodo PVT si riferisce al posizionamento dei cristalli di SiC sulla parte superiore del crogiolo e al posizionamento della polvere di SiC come materia prima sul fondo del crogiolo. In un ambiente chiuso ad alta temperatura e bassa pressione, la polvere di SiC sublima e si muove verso l'alto sotto l'azione del gradiente di temperatura e della differenza di concentrazione. Un metodo per trasportarlo in prossimità del cristallo seme e quindi ricristallizzarlo dopo aver raggiunto uno stato sovrasaturo. Questo metodo può ottenere una crescita controllabile delle dimensioni dei cristalli SiC e di forme cristalline specifiche.
Tuttavia, l'utilizzo del metodo PVT per far crescere i cristalli di SiC richiede sempre il mantenimento di condizioni di crescita adeguate durante il processo di crescita a lungo termine, altrimenti ciò porterà a un disordine reticolare, influenzando così la qualità del cristallo. Tuttavia, la crescita dei cristalli di SiC viene completata in uno spazio chiuso. Esistono pochi metodi di monitoraggio efficaci e molte variabili, quindi il controllo del processo è difficile.
Nel processo di crescita dei cristalli di SiC con il metodo PVT, la modalità di crescita a flusso graduale (Step Flow Growth) è considerata il meccanismo principale per la crescita stabile di una forma cristallina singola.
Gli atomi di Si e di C vaporizzati si legheranno preferenzialmente con gli atomi della superficie cristallina nel punto di piegatura, dove si nucleeranno e cresceranno, facendo sì che ogni passaggio fluisca in avanti in parallelo. Quando la larghezza del gradino sulla superficie del cristallo supera di gran lunga il percorso libero di diffusione degli adatomi, un gran numero di adatomi può agglomerarsi e la modalità di crescita bidimensionale simile a un'isola formata distruggerà la modalità di crescita del flusso a gradini, con conseguente perdita di 4H informazioni sulla struttura cristallina, con conseguenti difetti multipli. Pertanto, la regolazione dei parametri di processo deve raggiungere il controllo della struttura a gradini superficiali, sopprimendo così la generazione di difetti polimorfici, raggiungendo lo scopo di ottenere una forma cristallina singola e, infine, preparando cristalli di alta qualità.
Essendo il primo metodo di crescita dei cristalli SiC sviluppato, il metodo di trasporto fisico del vapore è attualmente il metodo di crescita più diffuso per la crescita dei cristalli SiC. Rispetto ad altri metodi, questo metodo ha requisiti inferiori per le attrezzature di crescita, un processo di crescita semplice, una forte controllabilità, una ricerca di sviluppo relativamente approfondita e ha già raggiunto un'applicazione industriale. Il vantaggio del metodo HTCVD è che può far crescere wafer semiisolanti conduttivi (n, p) e di elevata purezza e può controllare la concentrazione di drogaggio in modo che la concentrazione del portatore nel wafer sia regolabile tra 3×1013~5×1019 /cm3. Gli svantaggi sono l’elevata soglia tecnica e la bassa quota di mercato. Man mano che la tecnologia di crescita dei cristalli SiC in fase liquida continua a maturare, mostrerà un grande potenziale nel far avanzare l’intero settore SiC in futuro e rappresenterà probabilmente un nuovo punto di svolta nella crescita dei cristalli SiC.
Orario di pubblicazione: 16 aprile 2024