ما هو نمو بلورات كربيد السيليكون؟

تقترب من كذا | مبدأ نمو بلورات كربيد السيليكون

في الطبيعة ، تكون البلورات في كل مكان ، وتوزيعها وتطبيقها واسعة للغاية. والبلورات المختلفة لها هياكل وخصائص وطرق التحضير المختلفة. لكن ميزةها الشائعة هي أن الذرات في البلورة مرتبة بانتظام ، ثم يتم تشكيل الشبكة ذات بنية محددة من خلال تكديس دوري في الفضاء ثلاثي الأبعاد. لذلك ، يعرض ظهور المواد البلورية عادة شكل هندسي منتظم.

تعد مادة الركيزة الكريستالية المفردة من السيليكون (المشار إليها فيما يلي باسم الركيزة SIC) أيضًا نوعًا من المواد البلورية. إنه ينتمي إلى مادة أشباه الموصلات واسعة النطاق ، ولديه مزايا مقاومة الجهد العالي ، ومقاومة درجة الحرارة العالية ، والتردد العالي ، والخسارة المنخفضة ، وما إلى ذلك ، وهي مادة أساسية لإعداد الأجهزة الإلكترونية عالية الطاقة وأجهزة RF الميكروويف.

التركيب البلوري من كذا

SIC عبارة عن مادة أشباه الموصلات المركب IV-IV تتكون من الكربون والسيليكون في نسبة المتكافئة من 1: 1 ، وتكون صلابةها في المرتبة الثانية فقط إلى الماس.

كل من ذرات الكربون والسيليكون لها 4 إلكترونات التكافؤ ، والتي يمكن أن تشكل 4 روابط تساهمية. تنشأ الوحدة الهيكلية الأساسية لبلورة SIC ، رباعي السطوح ، من الترابط رباعي السطوح بين ذرات السيليكون والكربون. عدد التنسيق لكل من ذرات السيليكون والكربون هو 4 ، أي أن كل ذرة الكربون لديها 4 ذرات السيليكون حوله وكل ذرة السيليكون لديها أيضًا 4 ذرات كربون حولها.

كمواد بلورية ، يتمتع الركيزة SIC أيضًا بخصائص التراص الدوري للطبقات الذرية. يتم تكديس طبقات Si-C diatomic على طول [0001]. تشمل الأنواع الشائعة 2H-SIC ، 3C-SIC ، 4H-SIC ، 6H-SIC ، 15R-SIC ، وما إلى ذلك ، يسمى تسلسل التراص بترتيب "ABCB" 4H polytype. على الرغم من أن الأنواع المختلفة من SIC لها نفس التركيب الكيميائي ، إلا أن خصائصها الفيزيائية ، وخاصة عرض فجوة النطاق ، وتنقل الناقل وغيرها من الخصائص مختلفة تمامًا. وخصائص 4H polytype أكثر ملاءمة لتطبيقات أشباه الموصلات.

2H-SIC

4H-SIC

6H-SIC

تؤثر معلمات النمو مثل درجة الحرارة والضغط بشكل كبير على استقرار 4H-SIC أثناء عملية النمو. لذلك ، من أجل الحصول على المواد البلورية المفردة ذات الجودة العالية والتوحيد ، يجب السيطرة على المعلمات مثل درجة حرارة النمو وضغط النمو ومعدل النمو أثناء التحضير.

طريقة التحضير لـ SIC: طريقة نقل البخار المادي (PVT)

في الوقت الحاضر ، طرق تحضير كربيد السيليكون هي طريقة نقل البخار الفيزيائي (PVT) - طريقة ترسيب البخار الكيميائي عالية درجة الحرارة (HTCVD) ، وطريقة الطور السائل (LPE). و PVT هي طريقة سائدة مناسبة للإنتاج الضخم الصناعي.

(أ) رسم تخطيطي لطريقة نمو PVT لـ SIC Boules و 

(ب) التصور ثنائي الأبعاد لنمو PVT لتصوير التفاصيل الرائعة حول التشكل وواجهة النمو الكريستال وظروفه

أثناء نمو PVT ، يتم وضع بلورة البذور في الجزء العلوي من البوتقة بينما يتم وضع مادة المصدر (مسحوق كذا) في القاع. في بيئة مغلقة ذات درجة حرارة عالية وضغط منخفض ، يتسامح مسحوق كذا ، ثم ينقل صعودًا إلى المساحة بالقرب من البذور تحت تأثير التدرج درجة الحرارة وفرق التركيز. وسوف يعاد تبلوره بعد الوصول إلى الحالة غير المشبعة. من خلال هذه الطريقة ، يمكن التحكم في حجم و polytype من بلورة SIC.

ومع ذلك ، تتطلب طريقة PVT الحفاظ على ظروف النمو المناسبة طوال عملية النمو بأكملها ، وإلا فإنها ستؤدي إلى اضطراب الشبكة وتشكيل عيوب غير مرغوب فيها. علاوة على ذلك ، يتم الانتهاء من نمو البلورة SIC في مساحة مغلقة مع طرق مراقبة محدودة والعديد من المتغيرات ، وبالتالي فإن التحكم في العملية أمر صعب.

الآلية الرئيسية لتنمو بلورة واحدة: نمو تدفق الخطوة

في عملية نمو البلورة SIC بواسطة طريقة PVT ، يعتبر نمو تدفق الخطوة هو الآلية الرئيسية لتشكيل بلورات واحدة. سترتبط ذرات Si و C البخارية بشكل تفضيلي مع الذرات على سطح البلورة على الخطوات والخلايا ، حيث ستنمو وتنمو ، بحيث تتدفق كل خطوة للأمام بالتوازي. عندما يكون العرض بين كل خطوة على سطح النمو أكبر بكثير من المسار الخالي من الانتشار للذرات الممتصة ، قد يكون هناك عدد كبير من الذرات الممتصة ، ويشكل الجزيرة ثنائية الأبعاد ، والتي ستدمر وضع نمو تدفق الخطوة ، مما يؤدي إلى تكوين الأطباق الأخرى بدلاً من 4 ساعات. لذلك ، يهدف تعديل معلمات العملية إلى التحكم في بنية الخطوة على سطح النمو ، وذلك لمنع تكوين الأنواع غير المرغوب فيها ، وتحقيق هدف الحصول على بنية بلورية واحدة 4H ، وأخيراً تحضير بلورات عالية الجودة.

نمو تدفق الخطوة لكريستال واحد كذا

نمو الكريستال هو مجرد الخطوة الأولى لإعداد الركيزة عالية الجودة. قبل استخدامه ، يحتاج سبيكة 4H-SIC إلى المرور من خلال سلسلة من العمليات مثل التقطيع ، اللف ، المشطفين ، التلميع ، التنظيف والتفتيش. كمواد صلبة ولكن هشة ، تتمتع SIC Single Crystal أيضًا بمتطلبات تقنية عالية لخطوات التقيد. قد يكون لأي ضرر تم إنشاؤه في كل عملية وراثة معينة ، وينقل إلى العملية التالية ويؤثر أخيرًا على جودة المنتج. لذلك ، فإن تقنية المساحة الفعالة لركيزة SIC تجذب انتباه الصناعة.