Od svojega odkritja je silicijev karbid pritegnil široko pozornost. Silicijev karbid je sestavljen iz polovice atomov Si in polovice atomov C, ki sta povezana s kovalentnimi vezmi preko elektronskih parov, ki si delijo sp3 hibridne orbitale. V osnovni strukturni enoti njegovega monokristala so štirje atomi Si razporejeni v pravilno tetraedrsko strukturo, atom C pa se nahaja v središču pravilnega tetraedra. Nasprotno pa lahko atom Si štejemo tudi za središče tetraedra, s čimer tvorimo SiC4 ali CSi4. Tetraedrična struktura. Kovalentna vez v SiC je visoko ionska, energija vezi silicij-ogljik pa je zelo visoka, približno 4,47 eV. Zaradi nizke energije napake zlaganja kristali silicijevega karbida zlahka tvorijo različne politipe med procesom rasti. Poznamo več kot 200 politipov, ki jih lahko razdelimo v tri glavne kategorije: kubične, heksagonalne in trigonalne.
Trenutno glavne metode rasti kristalov SiC vključujejo fizično metodo prenosa hlapov (metoda PVT), visokotemperaturno kemično nanašanje hlapov (metoda HTCVD), metodo tekoče faze itd. Med njimi je metoda PVT bolj zrela in primernejša za industrijsko masovna proizvodnja.
Tako imenovana metoda PVT se nanaša na postavitev kalibrov SiC na vrh lončka in postavitev SiC prahu kot surovine na dno lončka. V zaprtem okolju visoke temperature in nizkega tlaka prah SiC sublimira in se premika navzgor pod vplivom temperaturnega gradienta in koncentracijske razlike. Metoda transporta v bližino zarodnega kristala in njegove rekristalizacije po doseganju prenasičenega stanja. Ta metoda lahko doseže nadzorovano rast velikosti kristalov SiC in specifičnih kristalnih oblik.
Vendar pa uporaba metode PVT za gojenje kristalov SiC zahteva vedno vzdrževanje ustreznih rastnih pogojev med dolgotrajnim procesom rasti, sicer bo povzročila motnjo v mreži, kar bo vplivalo na kakovost kristala. Rast kristalov SiC pa se zaključi v zaprtem prostoru. Obstaja malo učinkovitih metod spremljanja in veliko spremenljivk, zato je nadzor procesa težaven.
V procesu gojenja kristalov SiC po metodi PVT velja stopenjski tokovni način rasti (Step Flow Growth) za glavni mehanizem za stabilno rast enokristalne oblike.
Uparjeni atomi Si in atomi C se bodo prednostno povezali z atomi kristalne površine na točki preloma, kjer bodo nukleirali in rasli, kar bo povzročilo, da bo vsak korak potekal vzporedno naprej. Ko širina koraka na kristalni površini močno preseže difuzijsko prosto pot adatomov, se lahko veliko število adatomov aglomerira in nastali dvodimenzionalni otoku podoben način rasti bo uničil način rasti stopenjskega toka, kar bo povzročilo izgubo 4H informacije o kristalni strukturi, kar ima za posledico številne napake. Zato mora prilagoditev procesnih parametrov doseči nadzor strukture površinskih korakov, s čimer se prepreči nastajanje polimorfnih napak, doseže namen pridobitve enotne kristalne oblike in na koncu pripravi visokokakovostne kristale.
Kot najzgodnejša razvita metoda rasti kristalov SiC je metoda fizičnega prenosa pare trenutno najbolj razširjena metoda rasti za gojenje kristalov SiC. V primerjavi z drugimi metodami ima ta metoda nižje zahteve glede opreme za rast, enostaven proces rasti, močno nadzorovanost, razmeroma temeljite razvojne raziskave in je že dosegla industrijsko uporabo. Prednost metode HTCVD je, da lahko goji prevodne (n, p) in polizolacijske rezine visoke čistosti ter lahko nadzoruje koncentracijo dopinga, tako da je koncentracija nosilca v rezini nastavljiva med 3×1013~5×1019. /cm3. Slabosti so visok tehnični prag in nizek tržni delež. Ker tehnologija rasti kristalov SiC v tekoči fazi še naprej dozoreva, bo pokazala velik potencial pri napredovanju celotne industrije SiC v prihodnosti in bo verjetno nova točka preboja v rasti kristalov SiC.
Čas objave: 16. aprila 2024