Ano ang paglaki ng crystal ng silikon na karbida?

Papalapit sa sic | Ang prinsipyo ng paglago ng kristal na karbida ng silikon

Sa kalikasan, ang mga kristal ay nasa lahat ng dako, at ang kanilang pamamahagi at aplikasyon ay napakalawak. At iba't ibang mga kristal ay may iba't ibang mga istraktura, mga katangian at mga pamamaraan ng paghahanda. Ngunit ang kanilang karaniwang tampok ay ang mga atomo sa kristal ay regular na nakaayos, at ang sala-sala na may isang tiyak na istraktura ay pagkatapos ay nabuo sa pamamagitan ng pana-panahong pag-stack sa three-dimensional space. Samakatuwid, ang hitsura ng mga materyales sa kristal ay karaniwang nagtatanghal ng isang regular na geometric na hugis.

Ang Silicon Carbide Single Crystal Substrate Material (mula rito ay tinukoy bilang SIC substrate) ay isang uri din ng mga materyales na mala -kristal. Ito ay kabilang sa malawak na materyal na bandgap semiconductor, at may mga pakinabang ng mataas na boltahe na pagtutol, mataas na temperatura ng paglaban, mataas na dalas, mababang pagkawala, atbp Ito ay isang pangunahing materyal para sa paghahanda ng mga de-elektronikong aparato at mga aparato ng microwave RF.

Ang kristal na istraktura ng sic

Ang SIC ay isang IV-IV compound semiconductor material na binubuo ng carbon at silikon sa isang stoichiometric ratio na 1: 1, at ang tigas nito ay pangalawa lamang sa brilyante.

Ang parehong mga carbon at silikon atoms ay may 4 na valence electrons, na maaaring bumubuo ng 4 na mga bono ng covalent. Ang pangunahing yunit ng istruktura ng SIC crystal, sic tetrahedron, ay lumabas mula sa tetrahedral bonding sa pagitan ng silikon at carbon atoms. Ang bilang ng koordinasyon ng parehong mga silikon at carbon atoms ay 4, i.e. ang bawat carbon atom ay may 4 na mga atomo ng silikon sa paligid nito at ang bawat silikon na atom ay mayroon ding 4 na carbon atoms sa paligid nito.

Bilang isang kristal na materyal, ang SIC substrate ay mayroon ding katangian ng pana -panahong pag -stack ng mga layer ng atomic. Ang SI-C diatomic layer ay nakasalansan kasama ang direksyon ng [0001 ].Due sa maliit na pagkakaiba sa enerhiya ng bono sa pagitan ng mga layer, ang iba't ibang mga mode ng koneksyon ay madaling nabuo sa pagitan ng mga layer ng atomic, na humahantong sa higit sa 200 sic polytypes. Kasama sa mga karaniwang polytyp ang 2H-SIC, 3C-SIC, 4H-SIC, 6H-SIC, 15R-SIC, atbp. Bagaman ang iba't ibang mga polytyp ng SIC ay may parehong komposisyon ng kemikal, ang kanilang mga pisikal na katangian, lalo na ang lapad ng bandgap, kadaliang kumilos ng carrier at iba pang mga katangian ay naiiba. At ang mga pag -aari ng 4H polytype ay mas angkop para sa mga aplikasyon ng semiconductor.

2h-SiC

4h-SiC

6h-SiC

Ang mga parameter ng paglago tulad ng temperatura at presyon ay makabuluhang nakakaimpluwensya sa katatagan ng 4H-SIC sa panahon ng proseso ng paglago. Samakatuwid, upang makuha ang nag -iisang materyal na kristal na may mataas na kalidad at pagkakapareho, ang mga parameter tulad ng temperatura ng paglago, presyon ng paglago at rate ng paglago ay dapat na tumpak na kontrolado sa panahon ng paghahanda.

Paraan ng Paghahanda ng SIC: Pamamaraan ng Transportasyon ng Pisikal na singaw (PVT)

Sa kasalukuyan, ang mga pamamaraan ng paghahanda ng silikon na karbida ay pisikal na paraan ng transportasyon ng singaw (PVT) ， mataas na temperatura ng pag -aalis ng singaw ng kemikal (HTCVD), at pamamaraan ng likidong phase (LPE). At ang PVT ay isang pangunahing pamamaraan na angkop para sa pang -industriya na paggawa ng masa.

(a) Isang sketsa ng paraan ng paglago ng PVT para sa mga boules ng sic at 

.

Sa panahon ng paglago ng PVT, ang SIC seed crystal ay inilalagay sa tuktok ng crucible habang ang mapagkukunan na materyal (sic powder) ay inilalagay sa ilalim. Sa isang nakapaloob na kapaligiran na may mataas na temperatura at mababang presyon, ang sic powder sublimates, at pagkatapos ay naghahatid ng paitaas sa puwang na malapit sa binhi sa ilalim ng epekto ng temperatura gradient at pagkakaiba sa konsentrasyon. At ito ay muling mag -recrystallize pagkatapos maabot ang supersaturated na estado. Sa pamamagitan ng pamamaraang ito, ang laki at polytype ng SIC crystal ay maaaring kontrolado.

Gayunpaman, ang pamamaraan ng PVT ay nangangailangan ng pagpapanatili ng naaangkop na mga kondisyon ng paglago sa buong proseso ng paglago, kung hindi man ito ay hahantong sa karamdaman sa sala -sala at bumubuo ng mga hindi kanais -nais na mga depekto. Bukod, ang paglago ng kristal ng SIC ay nakumpleto sa isang nakapaloob na puwang na may limitadong mga pamamaraan ng pagsubaybay at maraming mga variable, sa gayon ang kontrol ng proseso ay mahirap.

Ang pangunahing mekanismo upang mapalago ang solong kristal: paglaki ng daloy ng hakbang

Sa proseso ng paglaki ng kristal ng SIC sa pamamagitan ng pamamaraan ng PVT, ang paglaki ng daloy ng hakbang ay itinuturing na pangunahing mekanismo upang mabuo ang mga solong kristal. Ang mga singaw na SI at C atoms ay mas malamang na magbigkis sa mga atomo sa ibabaw ng kristal sa mga hakbang at kink, kung saan sila ay mag -nucleate at lalago, upang ang bawat hakbang ay dumadaloy sa kahanay. Kapag ang lapad sa pagitan ng bawat hakbang sa paglago ng ibabaw ay mas malaki kaysa sa pagsasabog ng libreng landas ng mga adorbed na mga atomo, ang isang malaking bilang ng mga adorbed na atoms ay maaaring mag-iipon, at mabuo ang dalawang dimensional na isla, na sisirain ang mode ng paglago ng hakbang, na nagreresulta sa pagbuo ng iba pang mga polytypes sa halip na 4H. Samakatuwid, ang pagsasaayos ng mga parameter ng proseso ay naglalayong kontrolin ang istraktura ng hakbang sa ibabaw ng paglago, upang maiwasan ang pagbuo ng mga hindi kanais-nais na polytypes, at makamit ang layunin ng pagkuha ng 4H solong istraktura ng kristal, at sa wakas ay naghahanda ng mga kalidad na kristal.

Paglago ng daloy ng hakbang para sa sic solong kristal

Ang paglaki ng kristal ay ang unang hakbang lamang upang maghanda ng mataas na kalidad na SIC substrate. Bago magamit, ang 4h-SiC ingot ay kailangang dumaan sa isang serye ng mga proseso tulad ng pagputol, lapping, beveling, buli, paglilinis at pag-inspeksyon. Bilang isang mahirap ngunit malutong na materyal, ang sic solong kristal ay mayroon ding mataas na mga kinakailangan sa teknikal para sa mga hakbang sa pag -wafering. Ang anumang pinsala na nabuo sa bawat proseso ay maaaring magkaroon ng ilang pagmamana, paglilipat sa susunod na proseso at sa wakas ay nakakaapekto sa kalidad ng produkto. Samakatuwid, ang mahusay na teknolohiya ng wafering para sa SIC substrate ay nakakaakit din ng pansin ng industriya.