นับตั้งแต่มีการค้นพบ ซิลิคอนคาร์ไบด์ก็ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวาง ซิลิคอนคาร์ไบด์ประกอบด้วยอะตอม Si ครึ่งหนึ่งและอะตอม C ครึ่งหนึ่ง ซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ผ่านคู่อิเล็กตรอนที่ใช้วงโคจรไฮบริด sp3 ร่วมกัน ในหน่วยโครงสร้างพื้นฐานของผลึกเดี่ยวนั้น อะตอม Si สี่อะตอมถูกจัดเรียงเป็นโครงสร้างทรงสี่หน้าปกติ และอะตอม C อยู่ที่ศูนย์กลางของทรงสี่หน้าปกติ ในทางกลับกัน อะตอมของ Si ถือได้ว่าเป็นศูนย์กลางของจัตุรมุขได้ ดังนั้นจึงเกิด SiC4 หรือ CSi4 โครงสร้างจัตุรมุข พันธะโควาเลนต์ใน SiC มีไอออนิกสูง และพลังงานพันธะซิลิคอน-คาร์บอนสูงมาก ประมาณ 4.47eV เนื่องจากพลังงานข้อบกพร่องในการซ้อนต่ำ ผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์จึงก่อตัวเป็นโพลีไทป์ต่างๆ ได้อย่างง่ายดายในระหว่างกระบวนการเติบโต มีโพลีไทป์ที่รู้จักมากกว่า 200 ชนิด ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทหลัก: ลูกบาศก์ หกเหลี่ยม และตรีโกณมิติ
ในปัจจุบัน วิธีการเจริญเติบโตหลักของผลึก SiC ได้แก่ วิธีการขนส่งไอทางกายภาพ (วิธี PVT) การสะสมไอสารเคมีอุณหภูมิสูง (วิธี HTCVD) วิธีเฟสของเหลว เป็นต้น วิธี PVT มีความสมบูรณ์มากกว่าและเหมาะสำหรับอุตสาหกรรมมากกว่า การผลิตจำนวนมาก
วิธีที่เรียกว่า PVT หมายถึงการวางผลึกเมล็ด SiC ที่ด้านบนของถ้วยใส่ตัวอย่าง และวางผง SiC เป็นวัตถุดิบที่ด้านล่างของถ้วยใส่ตัวอย่าง ในสภาพแวดล้อมแบบปิดที่มีอุณหภูมิสูงและความดันต่ำ ผง SiC จะระเหิดและเคลื่อนขึ้นด้านบนภายใต้การกระทำของการไล่ระดับอุณหภูมิและความแตกต่างของความเข้มข้น วิธีการขนส่งไปยังบริเวณใกล้เคียงกับผลึกเมล็ด จากนั้นจึงตกผลึกอีกครั้งหลังจากถึงสถานะอิ่มตัวยวดยิ่ง วิธีการนี้สามารถควบคุมการเติบโตของขนาดผลึก SiC และรูปแบบผลึกเฉพาะได้
อย่างไรก็ตาม การใช้วิธี PVT ในการปลูกผลึก SiC จำเป็นต้องรักษาสภาพการเติบโตที่เหมาะสมในระหว่างกระบวนการเติบโตในระยะยาว มิฉะนั้นจะทำให้เกิดความผิดปกติของโครงตาข่าย ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพของคริสตัล อย่างไรก็ตาม การเติบโตของผลึก SiC จะเสร็จสมบูรณ์ในพื้นที่ปิด มีวิธีการตรวจสอบที่มีประสิทธิภาพเพียงไม่กี่วิธีและมีตัวแปรมากมาย ดังนั้นการควบคุมกระบวนการจึงทำได้ยาก
ในกระบวนการปลูกผลึก SiC โดยวิธี PVT โหมดการเติบโตแบบขั้นตอน (Step Flow Growth) ถือเป็นกลไกหลักสำหรับการเติบโตอย่างมั่นคงของรูปแบบผลึกเดี่ยว
อะตอม Si และอะตอม C ที่ถูกระเหยจะมีพันธะพิเศษกับอะตอมของพื้นผิวคริสตัลที่จุดหักเห ซึ่งพวกมันจะเกิดนิวเคลียสและเติบโต ทำให้แต่ละขั้นตอนไหลไปข้างหน้าแบบขนาน เมื่อความกว้างของขั้นตอนบนพื้นผิวคริสตัลเกินกว่าเส้นทางที่ปราศจากการแพร่กระจายของ adatoms adatom จำนวนมากอาจรวมตัวกัน และโหมดการเติบโตที่คล้ายเกาะสองมิติที่เกิดขึ้นจะทำลายโหมดการเติบโตของการไหลของขั้นตอน ส่งผลให้สูญเสีย 4H ข้อมูลโครงสร้างผลึกส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องหลายประการ ดังนั้น การปรับพารามิเตอร์กระบวนการจะต้องบรรลุการควบคุมโครงสร้างขั้นตอนของพื้นผิว ดังนั้นจึงระงับการสร้างข้อบกพร่องโพลีมอร์ฟิก บรรลุวัตถุประสงค์ในการได้รับรูปแบบผลึกเดี่ยว และในท้ายที่สุดคือการเตรียมผลึกคุณภาพสูง
เนื่องจากเป็นวิธีการเจริญเติบโตของผลึก SiC ที่ได้รับการพัฒนาเร็วที่สุด ปัจจุบันวิธีการขนส่งไอทางกายภาพจึงเป็นวิธีการเติบโตที่สำคัญที่สุดสำหรับการปลูกผลึก SiC เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีอื่นๆ วิธีการนี้มีข้อกำหนดสำหรับอุปกรณ์การเจริญเติบโตที่ต่ำกว่า กระบวนการเติบโตที่เรียบง่าย สามารถควบคุมได้อย่างดี มีการวิจัยการพัฒนาที่ค่อนข้างละเอียด และประสบความสำเร็จในการใช้งานทางอุตสาหกรรมแล้ว ข้อดีของวิธี HTCVD คือสามารถขยายเวเฟอร์กึ่งฉนวนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า (n, p) และความบริสุทธิ์สูงได้ และสามารถควบคุมความเข้มข้นของสารต้องห้ามเพื่อให้ความเข้มข้นของพาหะในเวเฟอร์สามารถปรับได้ระหว่าง 3×1013~5×1019 /cm3. ข้อเสียคือมีเกณฑ์ทางเทคนิคที่สูงและมีส่วนแบ่งการตลาดต่ำ ในขณะที่เทคโนโลยีการเติบโตของคริสตัล SiC ในระยะของเหลวยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่อง ก็จะแสดงศักยภาพที่ยอดเยี่ยมในการพัฒนาอุตสาหกรรม SiC ทั้งหมดในอนาคต และมีแนวโน้มที่จะเป็นจุดความก้าวหน้าครั้งใหม่ในการเติบโตของคริสตัล SiC
เวลาโพสต์: 16 เม.ย.-2024