SiC सिलिकॉन कार्बाइड सिंगल क्रिस्टलची वाढ

त्याच्या शोधापासून, सिलिकॉन कार्बाइडने व्यापक लक्ष वेधले आहे. सिलिकॉन कार्बाइड अर्धे Si अणू आणि अर्धे C अणूंनी बनलेले आहे, जे एसपी3 हायब्रिड ऑर्बिटल्स शेअरिंग इलेक्ट्रॉन जोड्यांद्वारे सहसंयोजक बंधांनी जोडलेले आहेत. त्याच्या एकल क्रिस्टलच्या मूलभूत संरचनात्मक एककामध्ये, चार Si अणू नियमित टेट्राहेड्रल रचनेत मांडलेले असतात आणि C अणू नियमित टेट्राहेड्रॉनच्या मध्यभागी स्थित असतो. याउलट, Si अणूला टेट्राहेड्रॉनचे केंद्र मानले जाऊ शकते, ज्यामुळे SiC4 किंवा CSi4 तयार होते. टेट्राहेड्रल रचना. SiC मधील सहसंयोजक बंध अत्यंत आयनिक आहे, आणि सिलिकॉन-कार्बन बाँड ऊर्जा खूप जास्त आहे, सुमारे 4.47eV. कमी स्टॅकिंग फॉल्ट एनर्जीमुळे, वाढ प्रक्रियेदरम्यान सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल्स सहजपणे विविध पॉलीटाइप तयार करतात. 200 हून अधिक ज्ञात पॉलीटाइप आहेत, जे तीन प्रमुख श्रेणींमध्ये विभागले जाऊ शकतात: घन, षटकोनी आणि त्रिकोणीय.

सध्या, SiC क्रिस्टल्सच्या वाढीच्या मुख्य पद्धतींमध्ये भौतिक वाष्प वाहतूक पद्धत (PVT पद्धत), उच्च तापमान रासायनिक वाष्प निक्षेप (HTCVD पद्धत), लिक्विड फेज पद्धत इत्यादींचा समावेश आहे. त्यापैकी, PVT पद्धत अधिक परिपक्व आणि औद्योगिकांसाठी अधिक योग्य आहे. मोठ्या प्रमाणावर उत्पादन. च्या

तथाकथित PVT पद्धतीचा अर्थ क्रूसिबलच्या वरच्या बाजूला SiC बीज क्रिस्टल्स ठेवणे आणि कच्चा माल म्हणून SiC पावडर क्रुसिबलच्या तळाशी ठेवणे होय. उच्च तापमान आणि कमी दाबाच्या बंद वातावरणात, SiC पावडर तापमान ग्रेडियंट आणि एकाग्रता फरकाच्या कृती अंतर्गत वरच्या दिशेने सरकते. बियाणे क्रिस्टलच्या जवळपास नेण्याची आणि नंतर अतिसंतृप्त अवस्थेवर पोहोचल्यानंतर ते पुन्हा स्थापित करण्याची पद्धत. ही पद्धत SiC क्रिस्टल आकार आणि विशिष्ट क्रिस्टल फॉर्मची नियंत्रणीय वाढ साध्य करू शकते. च्या
तथापि, SiC क्रिस्टल्स वाढवण्यासाठी PVT पद्धतीचा वापर करून दीर्घकालीन वाढीच्या प्रक्रियेदरम्यान नेहमी योग्य वाढीची स्थिती राखणे आवश्यक आहे, अन्यथा ते जाळीच्या विकारास कारणीभूत ठरेल, त्यामुळे क्रिस्टलच्या गुणवत्तेवर परिणाम होईल. तथापि, SiC क्रिस्टल्सची वाढ बंद जागेत पूर्ण होते. काही प्रभावी निरीक्षण पद्धती आणि अनेक चल आहेत, त्यामुळे प्रक्रिया नियंत्रण कठीण आहे.

PVT पद्धतीने SiC क्रिस्टल्स वाढवण्याच्या प्रक्रियेत, स्टेप फ्लो ग्रोथ मोड (स्टेप फ्लो ग्रोथ) ही एकल क्रिस्टल फॉर्मच्या स्थिर वाढीसाठी मुख्य यंत्रणा मानली जाते.
बाष्पीभवन केलेले Si अणू आणि C अणू प्राधान्याने किंक पॉइंटवर क्रिस्टल पृष्ठभागाच्या अणूंशी जोडले जातील, जेथे ते न्यूक्लिट होतील आणि वाढतील, ज्यामुळे प्रत्येक पायरी समांतरपणे पुढे जाईल. जेव्हा क्रिस्टल पृष्ठभागावरील पायरीची रुंदी ॲडटॉम्सच्या प्रसार मुक्त मार्गापेक्षा जास्त असते, तेव्हा मोठ्या संख्येने ॲडॅटॉम एकत्रित होऊ शकतात आणि द्विमितीय बेट-सदृश ग्रोथ मोड स्टेप फ्लो ग्रोथ मोड नष्ट करेल, परिणामी 4H चे नुकसान होईल. क्रिस्टल संरचना माहिती, परिणामी एकाधिक दोष. म्हणून, प्रक्रिया पॅरामीटर्सच्या समायोजनाने पृष्ठभागाच्या पायरीच्या संरचनेचे नियंत्रण साध्य करणे आवश्यक आहे, ज्यामुळे बहुरूपी दोषांची निर्मिती दडपली जाते, एकल क्रिस्टल फॉर्म प्राप्त करण्याचा हेतू साध्य करणे आणि शेवटी उच्च-गुणवत्तेचे क्रिस्टल्स तयार करणे.

सर्वात जुनी विकसित SiC क्रिस्टल वाढ पद्धत म्हणून, भौतिक बाष्प वाहतूक पद्धत सध्या SiC क्रिस्टल्स वाढवण्यासाठी सर्वात मुख्य प्रवाहात वाढ पद्धत आहे. इतर पद्धतींच्या तुलनेत, या पद्धतीमध्ये वाढ उपकरणांसाठी कमी आवश्यकता आहे, एक साधी वाढ प्रक्रिया, मजबूत नियंत्रणक्षमता, तुलनेने कसून विकास संशोधन, आणि आधीच औद्योगिक अनुप्रयोग साध्य केला आहे. HTCVD पद्धतीचा फायदा असा आहे की ते प्रवाहकीय (n, p) आणि उच्च-शुद्धतेचे अर्ध-इन्सुलेटिंग वेफर्स वाढवू शकते आणि डोपिंग एकाग्रता नियंत्रित करू शकते जेणेकरून वेफरमधील वाहक एकाग्रता 3×1013~ 5×1019 दरम्यान समायोजित करता येईल. /cm3. तोटे उच्च तांत्रिक थ्रेशोल्ड आणि कमी मार्केट शेअर आहेत. लिक्विड-फेज SiC क्रिस्टल ग्रोथ टेक्नॉलॉजी परिपक्व होत राहिल्याने, ते भविष्यात संपूर्ण SiC उद्योगाला प्रगतीपथावर नेण्यासाठी मोठी क्षमता दर्शवेल आणि SiC क्रिस्टल ग्रोथमध्ये एक नवीन प्रगती बिंदू ठरण्याची शक्यता आहे.