SiC सिलिकन कार्बाइड एकल क्रिस्टलको वृद्धि

यसको खोज पछि, सिलिकन कार्बाइडले व्यापक ध्यान आकर्षित गरेको छ। सिलिकन कार्बाइड आधा Si परमाणुहरू र आधा C परमाणुहरू मिलेर बनेको हुन्छ, जुन कोभ्यालेन्ट बन्डहरूद्वारा इलेक्ट्रोन जोडीहरू साझा गर्दै sp3 हाइब्रिड अर्बिटलहरूद्वारा जोडिएको हुन्छ। यसको एकल क्रिस्टलको आधारभूत संरचनात्मक एकाईमा, चार Si परमाणुहरू नियमित टेट्राहेड्रल संरचनामा व्यवस्थित हुन्छन्, र C परमाणु नियमित टेट्राहेड्रनको केन्द्रमा अवस्थित हुन्छ। यसको विपरीत, Si परमाणुलाई टेट्राहेड्रनको केन्द्रको रूपमा पनि मान्न सकिन्छ, जसले गर्दा SiC4 वा CSi4 बनाउँछ। टेट्राहेड्रल संरचना। SiC मा सहसंयोजक बन्ड अत्यधिक आयनिक छ, र सिलिकन-कार्बन बन्ड ऊर्जा धेरै उच्च छ, लगभग 4.47eV। कम स्ट्याकिङ गल्ती ऊर्जाको कारण, सिलिकन कार्बाइड क्रिस्टलहरू सजिलैसँग विकास प्रक्रियाको क्रममा विभिन्न पोलिटाइपहरू बनाउँछन्। त्यहाँ 200 भन्दा बढी ज्ञात पोलिटाइपहरू छन्, जसलाई तीन प्रमुख कोटिहरूमा विभाजन गर्न सकिन्छ: घन, हेक्सागोनल र त्रिकोणीय।

हाल, SiC क्रिस्टलको मुख्य वृद्धि विधिहरूमा भौतिक भाप परिवहन विधि (PVT विधि), उच्च तापक्रम रासायनिक वाष्प निक्षेप (HTCVD विधि), तरल चरण विधि, आदि समावेश छन्। ती मध्ये, PVT विधि अधिक परिपक्व र औद्योगिक लागि अधिक उपयुक्त छ। ठूलो उत्पादन। को

तथाकथित PVT विधिले क्रुसिबलको शीर्षमा SiC बीज क्रिस्टलहरू राख्ने र क्रुसिबलको तल कच्चा मालको रूपमा SiC पाउडर राख्नुलाई जनाउँछ। उच्च तापक्रम र कम दबाबको बन्द वातावरणमा, SiC पाउडर तापक्रम ढाँचा र एकाग्रता भिन्नताको कार्य अन्तर्गत माथितिर सर्छ। यसलाई बीज क्रिस्टलको वरपरमा ढुवानी गर्ने र त्यसपछि सुपरस्याचुरेटेड अवस्थामा पुगेपछि यसलाई पुन: स्थापना गर्ने विधि। यस विधिले SiC क्रिस्टल आकार र विशिष्ट क्रिस्टल रूपहरूको नियन्त्रणयोग्य वृद्धि हासिल गर्न सक्छ। को
यद्यपि, SiC क्रिस्टलहरू बढ्नको लागि PVT विधि प्रयोग गर्दा दीर्घकालीन वृद्धि प्रक्रियामा सधैं उपयुक्त वृद्धि अवस्थाहरू कायम राख्न आवश्यक छ, अन्यथा यसले जाली विकार निम्त्याउनेछ, जसले क्रिस्टलको गुणस्तरलाई असर गर्छ। यद्यपि, SiC क्रिस्टलको बृद्धि बन्द ठाउँमा पूरा हुन्छ। त्यहाँ केही प्रभावकारी अनुगमन विधिहरू र धेरै चरहरू छन्, त्यसैले प्रक्रिया नियन्त्रण गाह्रो छ।

PVT विधिद्वारा SiC क्रिस्टलहरू बढाउने प्रक्रियामा, स्टेप फ्लो ग्रोथ मोड (स्टेप फ्लो ग्रोथ) लाई एकल क्रिस्टल फारमको स्थिर वृद्धिको लागि मुख्य संयन्त्र मानिन्छ।
वाष्पीकृत Si परमाणुहरू र C परमाणुहरू क्रिस्टल सतह परमाणुहरूसँग किंक बिन्दुमा प्राथमिकतामा बाँध्नेछन्, जहाँ तिनीहरू न्यूक्लिट हुनेछन् र बढ्नेछन्, प्रत्येक चरण समानान्तर रूपमा अगाडि बढ्नको लागि। जब क्रिस्टल सतहमा पाइलाको चौडाइ एड्याटमहरूको फैलावट मुक्त मार्ग भन्दा धेरै टाढा हुन्छ, धेरै संख्यामा एडाटमहरू जम्मा हुन सक्छन्, र दुई-आयामी टापु-जस्तो वृद्धि मोडले चरण प्रवाह वृद्धि मोडलाई नष्ट गर्नेछ, परिणामस्वरूप 4H को क्षति हुन्छ। क्रिस्टल संरचना जानकारी, बहु दोषहरूको परिणामस्वरूप। तसर्थ, प्रक्रिया प्यारामिटरहरूको समायोजनले सतह चरण संरचनाको नियन्त्रण प्राप्त गर्नुपर्दछ, यसरी बहुरूपी दोषहरूको उत्पादनलाई दबाउन, एकल क्रिस्टल फारम प्राप्त गर्ने उद्देश्य प्राप्त गर्न, र अन्ततः उच्च-गुणस्तरको क्रिस्टलहरू तयार गर्न।

सबैभन्दा प्रारम्भिक विकसित SiC क्रिस्टल वृद्धि विधिको रूपमा, भौतिक वाष्प परिवहन विधि हाल SiC क्रिस्टलहरू बढ्नको लागि सबैभन्दा मुख्यधारा वृद्धि विधि हो। अन्य विधिहरूको तुलनामा, यस विधिमा वृद्धि उपकरणको लागि कम आवश्यकताहरू, एक साधारण वृद्धि प्रक्रिया, बलियो नियन्त्रण योग्यता, अपेक्षाकृत पूर्ण विकास अनुसन्धान, र पहिले नै औद्योगिक अनुप्रयोग हासिल गरेको छ। HTCVD विधिको फाइदा यो हो कि यसले प्रवाहकीय (n, p) र उच्च-शुद्धता अर्ध-इन्सुलेट वेफरहरू बढ्न सक्छ, र डोपिङ एकाग्रतालाई नियन्त्रण गर्न सक्छ ताकि वेफरमा वाहक एकाग्रता 3×1013 ~ 5 × 1019 बीच समायोज्य हुन्छ। /cm3। हानिहरू उच्च प्राविधिक थ्रेसहोल्ड र कम बजार साझेदारी हो। तरल-चरण SiC क्रिस्टल वृद्धि प्रविधि परिपक्व हुन जारी छ, यसले भविष्यमा सम्पूर्ण SiC उद्योगलाई अगाडि बढाउन ठूलो सम्भावना देखाउनेछ र SiC क्रिस्टल वृद्धिमा नयाँ सफलता बिन्दु हुने सम्भावना छ।