Desde a sua descoberta, o carboneto de silício atraiu ampla atenção. O carboneto de silício é composto de metade de átomos de Si e metade de átomos de C, que são conectados por ligações covalentes através de pares de elétrons que compartilham orbitais híbridos sp3. Na unidade estrutural básica de seu cristal único, quatro átomos de Si estão dispostos em uma estrutura tetraédrica regular, e o átomo de C está localizado no centro do tetraedro regular. Por outro lado, o átomo de Si também pode ser considerado o centro do tetraedro, formando assim SiC4 ou CSi4. Estrutura tetraédrica. A ligação covalente no SiC é altamente iônica e a energia da ligação silício-carbono é muito alta, cerca de 4,47eV. Devido à baixa energia de falha de empilhamento, os cristais de carboneto de silício formam facilmente vários politipos durante o processo de crescimento. Existem mais de 200 politipos conhecidos, que podem ser divididos em três categorias principais: cúbico, hexagonal e trigonal.
Atualmente, os principais métodos de crescimento de cristais de SiC incluem Método Físico de Transporte de Vapor (método PVT), Deposição Química de Vapor em Alta Temperatura (método HTCVD), Método de Fase Líquida, etc. produção em massa.
O chamado método PVT refere-se à colocação de cristais de sementes de SiC no topo do cadinho e à colocação de pó de SiC como matéria-prima na parte inferior do cadinho. Em um ambiente fechado de alta temperatura e baixa pressão, o pó de SiC sublima e sobe sob a ação do gradiente de temperatura e da diferença de concentração. Um método para transportá-lo até a vizinhança do cristal semente e então recristalizá-lo após atingir um estado supersaturado. Este método pode alcançar um crescimento controlável do tamanho do cristal de SiC e de formas de cristal específicas.
No entanto, usar o método PVT para cultivar cristais de SiC requer sempre a manutenção de condições de crescimento adequadas durante o processo de crescimento a longo prazo, caso contrário, levará à desordem da rede, afetando assim a qualidade do cristal. No entanto, o crescimento dos cristais de SiC é concluído num espaço fechado. Existem poucos métodos eficazes de monitoramento e muitas variáveis, portanto o controle do processo é difícil.
No processo de crescimento de cristais de SiC pelo método PVT, o modo de crescimento de fluxo escalonado (Step Flow Growth) é considerado o principal mecanismo para o crescimento estável de uma forma de cristal único.
Os átomos de Si e átomos de C vaporizados se ligarão preferencialmente aos átomos da superfície do cristal no ponto de torção, onde irão nuclear e crescer, fazendo com que cada etapa flua para frente em paralelo. Quando a largura do degrau na superfície do cristal excede em muito o caminho livre de difusão dos adátomos, um grande número de adátomos pode se aglomerar, e o modo de crescimento bidimensional semelhante a uma ilha formado destruirá o modo de crescimento do fluxo escalonado, resultando na perda de 4H informações da estrutura cristalina, resultando em múltiplos defeitos. Portanto, o ajuste dos parâmetros do processo deve atingir o controle da estrutura do degrau superficial, suprimindo assim a geração de defeitos polimórficos, atingindo o objetivo de obter uma forma de cristal único e, por fim, preparar cristais de alta qualidade.
Como o primeiro método de crescimento de cristais de SiC desenvolvido, o método de transporte físico de vapor é atualmente o método de crescimento mais comum para o cultivo de cristais de SiC. Comparado com outros métodos, este método tem requisitos mais baixos para equipamentos de crescimento, um processo de crescimento simples, forte controlabilidade, pesquisa de desenvolvimento relativamente completa e já alcançou aplicação industrial. A vantagem do método HTCVD é que ele pode desenvolver wafers semi-isolantes condutores (n, p) e de alta pureza, e pode controlar a concentração de dopagem para que a concentração de transportadores no wafer seja ajustável entre 3×1013~5×1019 /cm3. As desvantagens são o elevado limiar técnico e a baixa quota de mercado. À medida que a tecnologia de crescimento de cristais de SiC em fase líquida continua a amadurecer, ela mostrará um grande potencial no avanço de toda a indústria de SiC no futuro e provavelmente será um novo ponto de avanço no crescimento de cristais de SiC.
Horário da postagem: 16 de abril de 2024