Apakah pertumbuhan kristal karbida silikon?

Menghampiri sic | Prinsip pertumbuhan kristal karbida silikon

Secara semula jadi, kristal ada di mana -mana, dan pengedaran dan aplikasi mereka sangat luas. Dan kristal yang berbeza mempunyai struktur, sifat dan kaedah penyediaan yang berbeza. Tetapi ciri umum mereka adalah bahawa atom-atom dalam kristal sentiasa diatur, dan kisi dengan struktur tertentu kemudian dibentuk melalui penyusunan berkala dalam ruang tiga dimensi. Oleh itu, penampilan bahan kristal biasanya membentangkan bentuk geometri biasa.

Bahan substrat kristal tunggal karbida (selepas ini dirujuk sebagai substrat SIC) juga sejenis bahan kristal. Ia tergolong dalam bahan semikonduktor bandgap yang luas, dan mempunyai kelebihan rintangan voltan tinggi, rintangan suhu tinggi, frekuensi tinggi, kehilangan rendah, dan lain-lain. Ia adalah bahan asas untuk menyediakan peranti elektronik berkuasa tinggi dan peranti RF gelombang mikro.

Struktur kristal sic

SIC adalah bahan semikonduktor kompaun IV-IV yang terdiri daripada karbon dan silikon dalam nisbah stoikiometrik 1: 1, dan kekerasannya hanya kedua untuk berlian.

Kedua -dua atom karbon dan silikon mempunyai 4 elektron valensi, yang boleh membentuk 4 ikatan kovalen. Unit struktur asas kristal SIC, sic tetrahedron, timbul daripada ikatan tetrahedral antara silikon dan atom karbon. Nombor koordinasi kedua -dua atom silikon dan karbon adalah 4, iaitu setiap atom karbon mempunyai 4 atom silikon di sekelilingnya dan setiap atom silikon juga mempunyai 4 atom karbon di sekelilingnya.

Sebagai bahan kristal, substrat SIC juga mempunyai ciri -ciri penyusunan lapisan atom berkala. Lapisan diatomik Si-C disusun sepanjang arah [0001]. Polytypes biasa termasuk 2H-SIC, 3C-SIC, 4H-SIC, 6H-SIC, 15R-SIC, dan lain-lain di antara mereka, urutan susunan dalam urutan "ABCB" dipanggil 4H polytype. Walaupun polytipe SIC yang berbeza mempunyai komposisi kimia yang sama, sifat fizikal mereka, terutamanya lebar bandgap, mobiliti pembawa dan ciri -ciri lain agak berbeza. Dan sifat -sifat polytype 4H lebih sesuai untuk aplikasi semikonduktor.

2H-SIC

4H-SIC

6H-SIC

Parameter pertumbuhan seperti suhu dan tekanan secara signifikan mempengaruhi kestabilan 4H-SIC semasa proses pertumbuhan. Oleh itu, untuk mendapatkan bahan kristal tunggal dengan kualiti dan keseragaman yang tinggi, parameter seperti suhu pertumbuhan, tekanan pertumbuhan dan kadar pertumbuhan mesti dikawal dengan tepat semasa penyediaan.

Kaedah Penyediaan SIC: Kaedah Pengangkutan Wap Fizikal (PVT)

Pada masa ini, kaedah penyediaan karbida silikon adalah kaedah pengangkutan wap fizikal (PVT), kaedah pemendapan wap kimia suhu tinggi (HTCVD), dan kaedah fasa cecair (LPE). Dan PVT adalah kaedah arus perdana yang sesuai untuk pengeluaran besar -besaran perindustrian.

(a) lakaran kaedah pertumbuhan PVT untuk sic boules dan 

(b) Visualisasi 2D pertumbuhan PVT untuk menggambarkan butiran hebat mengenai morfologi dan antara muka dan keadaan pertumbuhan kristal

Semasa pertumbuhan PVT, kristal benih SIC diletakkan di bahagian atas crucible manakala bahan sumber (serbuk sic) diletakkan di bahagian bawah. Dalam persekitaran yang tertutup dengan suhu tinggi dan tekanan rendah, sublimat serbuk SIC, dan kemudian mengangkut ke atas ke ruang berhampiran benih di bawah kesan kecerunan suhu dan perbezaan kepekatan. Dan ia akan recrystallize selepas mencapai keadaan supersaturated. Melalui kaedah ini, saiz dan polytype kristal SIC boleh dikawal.

Walau bagaimanapun, kaedah PVT memerlukan mengekalkan keadaan pertumbuhan yang sesuai sepanjang proses pertumbuhan, jika tidak, ia akan membawa kepada gangguan kekisi dan membentuk kecacatan yang tidak diingini. Selain itu, pertumbuhan kristal SIC diselesaikan di ruang tertutup dengan kaedah pemantauan terhad dan banyak pembolehubah, oleh itu kawalan prosesnya sukar.

Mekanisme utama untuk tumbuh kristal tunggal: pertumbuhan aliran langkah

Dalam proses tumbuh kristal SIC dengan kaedah PVT, pertumbuhan aliran langkah dianggap sebagai mekanisme utama untuk membentuk kristal tunggal. Atom Si dan C yang menguap secara sengaja akan ikatan dengan atom -atom pada permukaan kristal pada langkah -langkah dan kinks, di mana mereka akan nukleat dan tumbuh, supaya setiap langkah mengalir ke hadapan secara selari. Apabila lebar di antara setiap langkah di permukaan pertumbuhan jauh lebih besar daripada laluan bebas penyebaran atom yang terserap, sejumlah besar atom yang terserap boleh aglomerat, dan membentuk pulau dua dimensi, yang akan memusnahkan mod pertumbuhan aliran langkah, mengakibatkan pembentukan politis lain dan bukannya 4H. Oleh itu, pelarasan parameter proses bertujuan untuk mengawal struktur langkah pada permukaan pertumbuhan, untuk menghalang pembentukan polytypes yang tidak diingini, dan mencapai matlamat untuk mendapatkan struktur kristal tunggal 4H, dan akhirnya menyediakan kristal berkualiti tinggi.

Pertumbuhan aliran langkah untuk kristal tunggal sic

Pertumbuhan kristal hanyalah langkah pertama untuk menyediakan substrat SIC berkualiti tinggi. Sebelum digunakan, ingot 4H-SIC perlu melalui satu siri proses seperti mengiris, mengetuk, membuang, menggilap, membersihkan dan memeriksa. Sebagai bahan yang keras tetapi rapuh, Sic Single Crystal juga mempunyai keperluan teknikal yang tinggi untuk langkah -langkah wafering. Sebarang kerosakan yang dijana dalam setiap proses mungkin mempunyai keturunan tertentu, pemindahan ke proses seterusnya dan akhirnya menjejaskan kualiti produk. Oleh itu, teknologi wafering yang cekap untuk substrat SIC juga menarik perhatian industri.