З моменту свого відкриття карбід кремнію привернув широку увагу. Карбід кремнію складається з половини атомів Si та половини атомів C, які з’єднані ковалентними зв’язками за допомогою електронних пар, які мають спільні sp3-гібридні орбіталі. В основній структурній одиниці його монокристалу чотири атоми Si розташовані в правильній тетраедричній структурі, а атом C розташований у центрі правильного тетраедра. І навпаки, атом Si також можна розглядати як центр тетраедра, утворюючи таким чином SiC4 або CSi4. Чотиригранна структура. Ковалентний зв’язок у SiC є високоіонним, а енергія зв’язку кремній-вуглець дуже висока, приблизно 4,47 еВ. Завдяки низькій енергії дефекту упаковки кристали карбіду кремнію легко утворюють різні політипи в процесі росту. Відомо понад 200 політипів, які можна розділити на три основні категорії: кубічні, гексагональні та тригональні.
В даний час основні методи вирощування кристалів SiC включають фізичний метод переносу парів (метод PVT), високотемпературне хімічне осадження з парів (метод HTCVD), метод рідкої фази тощо. Серед них метод PVT є більш зрілим і більш придатним для промисловості масове виробництво.
Так званий метод PVT передбачає розміщення затравкових кристалів SiC у верхній частині тигля та розміщення порошку SiC як сировини на дні тигля. У замкнутому середовищі високої температури та низького тиску порошок SiC сублімується та рухається вгору під дією градієнта температури та різниці концентрацій. Спосіб транспортування його в околиці затравкового кристала і подальшої його перекристалізації після досягнення перенасиченого стану. Цей метод може досягти контрольованого зростання розміру кристалів SiC і конкретних форм кристалів.
Однак використання методу PVT для вирощування кристалів SiC вимагає постійного підтримання відповідних умов росту протягом тривалого процесу росту, інакше це призведе до розладу ґратки, що вплине на якість кристала. Однак ріст кристалів SiC завершується в закритому просторі. Є кілька ефективних методів моніторингу та багато змінних, тому контролювати процес складно.
У процесі вирощування кристалів SiC методом PVT основним механізмом стабільного росту монокристалічної форми вважається ступінчастий режим потокового росту (Step Flow Growth).
Випаровані атоми кремнію та атоми С переважно зв’язуються з атомами кристалічної поверхні в точці перелому, де вони зароджуватимуться та зростатимуть, змушуючи кожен крок рухатися вперед паралельно. Коли ширина кроку на поверхні кристала значно перевищує дифузійний вільний пробіг адатомів, велика кількість адатомів може агломерувати, і сформована двовимірна острівна мода росту знищить моду росту ступінчастого потоку, що призведе до втрати 4H інформацію про кристалічну структуру, що призводить до численних дефектів. Таким чином, регулювання параметрів процесу повинно досягати контролю структури поверхні, тим самим пригнічуючи генерацію поліморфних дефектів, досягаючи мети отримання монокристалічної форми та, зрештою, отримання високоякісних кристалів.
Будучи найбільш раннім розробленим методом вирощування кристалів SiC, фізичний метод транспортування пари на даний момент є найбільш популярним методом вирощування кристалів SiC. У порівнянні з іншими методами, цей метод має нижчі вимоги до обладнання для вирощування, простий процес вирощування, сильну керованість, відносно ретельні дослідницькі розробки та вже досяг промислового застосування. Перевага методу HTCVD полягає в тому, що він може вирощувати провідні (n, p) і напівізоляційні пластини високої чистоти, а також може контролювати концентрацію легування, щоб концентрація носія в пластині регулювалася між 3×1013~5×1019 /см3. Недоліками є високий технічний поріг і низька частка ринку. Оскільки технологія вирощування кристалів SiC у рідкій фазі продовжує вдосконалюватися, вона продемонструє великий потенціал у розвитку всієї індустрії SiC у майбутньому та, ймовірно, стане новим проривом у вирощуванні кристалів SiC.
Час публікації: 16 квітня 2024 р