Од свог открића, силицијум карбид је привукао широку пажњу. Силицијум карбид се састоји од пола атома Си и пола Ц атома, који су повезани ковалентним везама преко електронских парова који деле сп3 хибридне орбитале. У основној структурној јединици његовог монокристала, четири атома Си су распоређена у правилну тетраедарску структуру, а Ц атом се налази у центру правилног тетраедра. Насупрот томе, атом Си се такође може сматрати центром тетраедра, чиме се формира СиЦ4 или ЦСи4. Тетраедарска структура. Ковалентна веза у СиЦ је високо јонска, а енергија везе силицијум-угљеник је веома висока, око 4,47еВ. Због ниске енергије грешке слагања, кристали силицијум карбида лако формирају различите политипове током процеса раста. Постоји више од 200 познатих политипова, који се могу поделити у три главне категорије: кубни, хексагонални и тригонални.
Тренутно, главне методе раста СиЦ кристала укључују методу физичког транспорта паре (ПВТ метода), високотемпературно хемијско таложење паре (ХТЦВД метода), методу течне фазе, итд. Међу њима, ПВТ метода је зрелија и погоднија за индустрију масовна производња.
Такозвана ПВТ метода се односи на постављање кристала СиЦ семена на врх лончића и постављање СиЦ праха као сировог материјала на дно лончића. У затвореном окружењу високе температуре и ниског притиска, СиЦ прах сублимира и креће се навише под дејством температурног градијента и разлике концентрације. Метода његовог транспорта у близину кристала семена и затим рекристализације након достизања презасићеног стања. Овом методом се може постићи контролисани раст величине кристала СиЦ и специфичних облика кристала.
Међутим, коришћење ПВТ методе за узгој СиЦ кристала захтева увек одржавање одговарајућих услова раста током дуготрајног процеса раста, иначе ће довести до поремећаја решетке, што утиче на квалитет кристала. Међутим, раст кристала СиЦ је завршен у затвореном простору. Постоји неколико ефикасних метода праћења и много варијабли, тако да је контрола процеса тешка.
У процесу узгоја СиЦ кристала методом ПВТ, главни механизам за стабилан раст монокристалне форме сматра се начином раста степена протока (Степ Флов Гровтх).
Испарени атоми Си и Ц атоми ће се првенствено везати за атоме површине кристала на тачки прегиба, где ће се формирати и расти, узрокујући да сваки корак тече напред паралелно. Када ширина корака на површини кристала далеко премашује путању адатома без дифузије, велики број адатома може да се агломерира, а формирани дводимензионални режим раста налик на острво уништиће начин раста тока корака, што ће резултирати губитком 4Х информације о кристалној структури, што доводи до вишеструких дефеката. Због тога се прилагођавањем параметара процеса мора постићи контрола површинске структуре корака, чиме се сузбија генерисање полиморфних дефеката, постиже сврха добијања монокристалне форме и на крају припрема кристала високог квалитета.
Као најраније развијена метода раста СиЦ кристала, метода физичког транспорта паре је тренутно најчешћи метод раста за узгој СиЦ кристала. У поређењу са другим методама, ова метода има ниже захтеве за опрему за раст, једноставан процес раста, снажну контролу, релативно темељно истраживање развоја и већ је постигла индустријску примену. Предност ХТЦВД методе је у томе што може да узгаја проводљиве (н, п) и полуизолационе плочице високе чистоће и може да контролише концентрацију допинга тако да је концентрација носача у плочици подесива између 3×1013~5×1019 /цм3. Недостаци су високи технички праг и низак удео на тржишту. Како технологија раста кристала СиЦ у течној фази наставља да сазрева, она ће показати велики потенцијал у унапређењу целе индустрије СиЦ у будућности и вероватно ће бити нова тачка пробоја у расту кристала СиЦ.
Време поста: 16.04.2024