С момента своего открытия карбид кремния привлек широкое внимание. Карбид кремния состоит из половины атомов Si и половины атомов C, которые соединены ковалентными связями через электронные пары, разделяющие гибридные sp3-орбитали. В основной структурной единице его монокристалла четыре атома Si расположены в правильной тетраэдрической структуре, а атом C расположен в центре правильного тетраэдра. И наоборот, атом Si также можно рассматривать как центр тетраэдра, образуя тем самым SiC4 или CSi4. Тетраэдрическая структура. Ковалентная связь в SiC является высокоионной, а энергия связи кремний-углерод очень высока, около 4,47 эВ. Благодаря низкой энергии дефекта упаковки кристаллы карбида кремния в процессе роста легко образуют различные политипы. Известно более 200 политипов, которые можно разделить на три основные категории: кубические, шестиугольные и тригональные.
В настоящее время к основным методам выращивания кристаллов SiC относятся метод физического переноса паров (метод PVT), высокотемпературное химическое осаждение из паровой фазы (метод HTCVD), метод жидкой фазы и т. д. Среди них метод PVT является более зрелым и более подходящим для промышленных целей. массовое производство.
Так называемый метод PVT подразумевает размещение затравочных кристаллов SiC в верхней части тигля и размещение порошка SiC в качестве сырья в нижней части тигля. В закрытой среде с высокой температурой и низким давлением порошок SiC сублимируется и движется вверх под действием градиента температуры и разницы концентраций. Метод его транспортировки к затравочному кристаллу и последующей его рекристаллизации после достижения пересыщенного состояния. Этот метод позволяет добиться контролируемого роста размера кристаллов SiC и определенных кристаллических форм.
Однако использование метода PVT для выращивания кристаллов SiC требует всегда поддержания соответствующих условий роста в течение длительного процесса роста, в противном случае это приведет к разупорядочению решетки, что повлияет на качество кристалла. Однако рост кристаллов SiC завершается в закрытом пространстве. Существует мало эффективных методов мониторинга и много переменных, поэтому контроль процесса затруднен.
В процессе выращивания кристаллов SiC методом PVT основным механизмом стабильного роста монокристаллической формы считается режим ступенчатого проточного роста (Step Flow Growth).
Испаренные атомы Si и атомы C будут преимущественно связываться с атомами поверхности кристалла в точке излома, где они будут зарождаться и расти, заставляя каждый шаг идти вперед параллельно. Когда ширина ступеньки на поверхности кристалла намного превышает свободный путь диффузии адатомов, большое количество адатомов может агломерироваться, и образовавшаяся двумерная островковая мода роста разрушит режим роста ступенчатого потока, что приведет к потере 4H Информация о кристаллической структуре, что приводит к множественным дефектам. Следовательно, регулирование параметров процесса должно обеспечить контроль ступенчатой структуры поверхности, тем самым подавляя образование полиморфных дефектов, достигая цели получения монокристаллической формы и, в конечном итоге, получения кристаллов высокого качества.
Метод физического переноса паров, являющийся самым ранним разработанным методом выращивания кристаллов SiC, в настоящее время является наиболее распространенным методом выращивания кристаллов SiC. По сравнению с другими методами, этот метод требует меньших требований к оборудованию для выращивания, простоты процесса выращивания, высокой управляемости, относительно тщательных исследований и уже нашел промышленное применение. Преимущество метода HTCVD заключается в том, что с его помощью можно выращивать проводящие (n, p) и полуизолирующие пластины высокой чистоты, а также контролировать концентрацию легирующих примесей, чтобы концентрацию носителей в пластине можно было регулировать в диапазоне 3×1013~5×1019. /см3. Недостатками являются высокий технический порог и низкая доля рынка. Поскольку технология выращивания кристаллов SiC в жидкой фазе продолжает развиваться, она продемонстрирует большой потенциал для развития всей индустрии SiC в будущем и, вероятно, станет новой точкой прорыва в выращивании кристаллов SiC.
Время публикации: 16 апреля 2024 г.