Sztabka SiC 2 cale, średnica 50,8 mm x 10 mm, monokryształ 4H-N

Technologia wzrostu kryształów SiC

Charakterystyka SiC utrudnia hodowlę monokryształów. Wynika to głównie z braku fazy ciekłej o stosunku stechiometrycznym Si:C = 1:1 przy ciśnieniu atmosferycznym. Ponadto, nie jest możliwa hodowla SiC bardziej zaawansowanymi metodami wzrostu, takimi jak metoda bezpośredniego ciągnienia i metoda opadającego tygla, które są podstawą przemysłu półprzewodnikowego. Teoretycznie roztwór o stosunku stechiometrycznym Si:C = 1:1 można uzyskać tylko przy ciśnieniu powyżej 10E5atm i temperaturze powyżej 3200°C. Obecnie do najpopularniejszych metod należą metoda PVT, metoda fazy ciekłej oraz wysokotemperaturowa metoda osadzania chemicznego z fazy gazowej.

Dostarczane przez nas płytki i kryształy SiC powstają głównie w procesie fizycznego transportu z fazy gazowej (PVT). Poniżej przedstawiamy krótkie wprowadzenie do PVT:

Metoda fizycznego transportu pary (PVT) wywodzi się z techniki sublimacji w fazie gazowej, wynalezionej przez Lely'ego w 1955 roku. Polega ona na umieszczeniu proszku SiC w grafitowej rurce i podgrzaniu go do wysokiej temperatury w celu jego rozkładu i sublimacji. Następnie grafitowa rurka jest schładzana, a rozłożone składniki fazy gazowej proszku SiC osadzają się i krystalizują w postaci kryształów SiC w otoczeniu grafitowej rurki. Chociaż metoda ta utrudnia uzyskanie monokryształów SiC o dużych rozmiarach, a proces osadzania wewnątrz grafitowej rurki jest trudny do kontrolowania, dostarcza ona nowych pomysłów dla kolejnych badaczy.

Na tej podstawie YM Tairov i wsp. z Rosji wprowadzili koncepcję kryształu zarodkowego, co rozwiązało problem niekontrolowanego kształtu kryształu i miejsca zarodkowania kryształów SiC. Kolejni badacze kontynuowali prace nad udoskonaleniem tej metody i ostatecznie opracowali metodę fizycznego transferu z fazy gazowej (PVT), która jest obecnie stosowana w przemyśle.

Jako najwcześniejsza metoda wzrostu kryształów SiC, PVT jest obecnie najpopularniejszą metodą wzrostu kryształów SiC. W porównaniu z innymi metodami, charakteryzuje się niskimi wymaganiami co do sprzętu, prostym procesem wzrostu, wysoką sterowalnością, gruntownym rozwojem i badaniami oraz została już wdrożona na skalę przemysłową.