Sinds zijn ontdekking heeft siliciumcarbide brede aandacht getrokken. Siliciumcarbide bestaat uit de helft Si-atomen en de helft C-atomen, die verbonden zijn door covalente bindingen via elektronenparen die sp3-hybride orbitalen delen. In de structurele basiseenheid van zijn enkelkristal zijn vier Si-atomen gerangschikt in een regelmatige tetraëdrische structuur, en het C-atoom bevindt zich in het midden van de regelmatige tetraëder. Omgekeerd kan het Si-atoom ook worden beschouwd als het centrum van de tetraëder, waardoor SiC4 of CSi4 wordt gevormd. Tetraëdrische structuur. De covalente binding in SiC is zeer ionisch en de energie van de silicium-koolstofbinding is zeer hoog, ongeveer 4,47 eV. Vanwege de lage stapelfoutenergie vormen siliciumcarbidekristallen tijdens het groeiproces gemakkelijk verschillende polytypes. Er zijn meer dan 200 polytypes bekend, die kunnen worden onderverdeeld in drie hoofdcategorieën: kubisch, zeshoekig en trigonaal.
Momenteel omvatten de belangrijkste groeimethoden van SiC-kristallen de Physical Vapor Transport Method (PVT-methode), High Temperature Chemical Vapour Deposition (HTCVD-methode), Liquid Phase-methode, enz. Onder hen is de PVT-methode volwassener en geschikter voor industriële toepassingen. massaproductie.
De zogenaamde PVT-methode heeft betrekking op het plaatsen van SiC-entkristallen bovenop de smeltkroes, en het plaatsen van SiC-poeder als grondstof op de bodem van de smeltkroes. In een gesloten omgeving met hoge temperatuur en lage druk sublimeert het SiC-poeder en beweegt het omhoog onder invloed van temperatuurgradiënt en concentratieverschil. Een methode om het naar de omgeving van het kiemkristal te transporteren en het vervolgens te herkristalliseren nadat het een oververzadigde toestand heeft bereikt. Deze methode kan een controleerbare groei van de SiC-kristalgrootte en specifieke kristalvormen bereiken.
Het gebruik van de PVT-methode om SiC-kristallen te laten groeien vereist echter altijd het handhaven van de juiste groeiomstandigheden tijdens het groeiproces op de lange termijn, anders zal dit leiden tot roosterstoornissen, waardoor de kwaliteit van het kristal wordt aangetast. De groei van SiC-kristallen vindt echter plaats in een gesloten ruimte. Er zijn weinig effectieve monitoringmethoden en er zijn veel variabelen, waardoor procescontrole moeilijk is.
Bij het groeien van SiC-kristallen volgens de PVT-methode wordt de stapstroomgroeimodus (Step Flow Growth) beschouwd als het belangrijkste mechanisme voor de stabiele groei van een enkele kristalvorm.
De verdampte Si-atomen en C-atomen zullen zich bij voorkeur binden met kristaloppervlakatomen op het knikpunt, waar ze zullen kiemen en groeien, waardoor elke stap parallel voorwaarts zal stromen. Wanneer de stapbreedte op het kristaloppervlak het diffusievrije pad van adatomen ver overschrijdt, kan een groot aantal adatomen agglomereren, en de gevormde tweedimensionale eilandachtige groeimodus zal de stapvormige groeimodus vernietigen, wat resulteert in het verlies van 4H. kristalstructuurinformatie, resulterend in meerdere defecten. Daarom moet de aanpassing van procesparameters de controle van de oppervlaktestapstructuur bereiken, waardoor de vorming van polymorfe defecten wordt onderdrukt, het doel wordt bereikt van het verkrijgen van een enkele kristalvorm en uiteindelijk het bereiden van kristallen van hoge kwaliteit.
Als vroegst ontwikkelde SiC-kristalgroeimethode is de fysieke damptransportmethode momenteel de meest gangbare groeimethode voor het groeien van SiC-kristallen. Vergeleken met andere methoden stelt deze methode minder eisen aan groeiapparatuur, een eenvoudig groeiproces, sterke beheersbaarheid, relatief grondig ontwikkelingsonderzoek en is deze al industrieel toegepast. Het voordeel van de HTCVD-methode is dat deze geleidende (n, p) en zeer zuivere semi-isolerende wafels kan laten groeien, en de dopingconcentratie zo kan regelen dat de dragerconcentratie in de wafel instelbaar is tussen 3×1013~5×1019 /cm3. De nadelen zijn een hoge technische drempel en een laag marktaandeel. Naarmate de vloeistoffase-technologie voor SiC-kristalgroei zich verder ontwikkelt, zal deze een groot potentieel laten zien bij het bevorderen van de gehele SiC-industrie in de toekomst en zal het waarschijnlijk een nieuw doorbraakpunt zijn in de groei van SiC-kristallen.
Posttijd: 16 april 2024