Od czasu odkrycia węglik krzemu cieszy się powszechnym zainteresowaniem. Węglik krzemu składa się z połowy atomów Si i połowy atomów C, które są połączone wiązaniami kowalencyjnymi poprzez pary elektronów współdzielące orbitale hybrydowe sp3. W podstawowej jednostce strukturalnej jego monokryształu cztery atomy Si są ułożone w regularną strukturę czworościenną, a atom C znajduje się w środku regularnego czworościanu. I odwrotnie, atom Si można również uznać za środek czworościanu, tworząc w ten sposób SiC4 lub CSi4. Struktura czworościenna. Wiązanie kowalencyjne w SiC jest silnie jonowe, a energia wiązania krzem-węgiel jest bardzo wysoka, około 4,47eV. Ze względu na niską energię błędu układania, kryształy węglika krzemu łatwo tworzą różne politypy podczas procesu wzrostu. Istnieje ponad 200 znanych politypów, które można podzielić na trzy główne kategorie: sześcienne, sześciokątne i trygonalne.
Obecnie główne metody wzrostu kryształów SiC obejmują metodę fizycznego transportu pary (metoda PVT), chemiczne osadzanie z fazy gazowej w wysokiej temperaturze (metoda HTCVD), metodę fazy ciekłej itp. Wśród nich metoda PVT jest bardziej dojrzała i bardziej odpowiednia do zastosowań przemysłowych produkcja masowa.
Tak zwana metoda PVT polega na umieszczeniu kryształów zaszczepiających SiC na górze tygla i umieszczeniu proszku SiC jako surowca na dnie tygla. W zamkniętym środowisku o wysokiej temperaturze i niskim ciśnieniu proszek SiC sublimuje i przemieszcza się w górę pod wpływem gradientu temperatury i różnicy stężeń. Sposób transportu go w pobliże kryształu zaszczepiającego i następnie rekrystalizacji po osiągnięciu stanu przesyconego. Metodą tą można osiągnąć kontrolowany wzrost wielkości kryształów SiC i określonych form kryształów.
Jednak stosowanie metody PVT do hodowli kryształów SiC wymaga zawsze utrzymywania odpowiednich warunków wzrostu podczas długotrwałego procesu wzrostu, w przeciwnym razie doprowadzi to do zaburzenia sieci, wpływając w ten sposób na jakość kryształu. Jednakże wzrost kryształów SiC kończy się w zamkniętej przestrzeni. Istnieje niewiele skutecznych metod monitorowania i wiele zmiennych, dlatego kontrola procesu jest trudna.
W procesie hodowli kryształów SiC metodą PVT, tryb wzrostu z przepływem schodkowym (Step Flow Growth) uważany jest za główny mechanizm stabilnego wzrostu postaci pojedynczego kryształu.
Odparowane atomy Si i atomy C będą preferencyjnie wiązać się z atomami powierzchni kryształu w punkcie załamania, gdzie zarodkują się i rosną, powodując równoległy przepływ każdego kroku do przodu. Kiedy szerokość stopnia na powierzchni kryształu znacznie przekracza wolną od dyfuzji ścieżkę adatomów, duża liczba adatomów może aglomerować, a utworzony dwuwymiarowy tryb wzrostu przypominający wyspę zniszczy tryb wzrostu przepływu schodkowego, powodując utratę 4H informacje o strukturze kryształu, co skutkuje wieloma defektami. Dlatego dostosowanie parametrów procesu musi zapewniać kontrolę struktury etapów powierzchniowych, tłumiąc w ten sposób powstawanie defektów polimorficznych, osiągając cel, jakim jest uzyskanie postaci pojedynczego kryształu i ostatecznie przygotowanie kryształów wysokiej jakości.
Jako najwcześniej opracowana metoda wzrostu kryształów SiC, metoda fizycznego transportu pary jest obecnie najbardziej popularną metodą wzrostu kryształów SiC. W porównaniu z innymi metodami, metoda ta charakteryzuje się niższymi wymaganiami dotyczącymi sprzętu hodowlanego, prostym procesem wzrostu, dużą możliwością kontroli, stosunkowo dokładnymi badaniami rozwojowymi i znalazła już zastosowanie przemysłowe. Zaletą metody HTCVD jest to, że umożliwia hodowlę płytek półizolacyjnych przewodzących (n, p) i o wysokiej czystości oraz kontrolę stężenia domieszki w taki sposób, że stężenie nośnika w płytce można regulować w zakresie 3×1013~5×1019 /cm3. Wadami są wysoki próg techniczny i niski udział w rynku. W miarę doskonalenia technologii wzrostu kryształów SiC w fazie ciekłej wykaże ona ogromny potencjał w rozwoju całej branży SiC w przyszłości i prawdopodobnie będzie nowym przełomowym punktem we wzroście kryształów SiC.
Czas publikacji: 16 kwietnia 2024 r