Tinh thể SiC được điều chế bằng phương pháp PVT

Phương pháp chủ đạo để điều chế các tinh thể đơn cacbua silic là phương pháp vận chuyển hơi vật lý (PVT). Phương pháp này chủ yếu bao gồm mộtkhoang ống thạch anh, Mộtyếu tố làm nóng(cuộn dây cảm ứng hoặc lò sưởi than chì),vật liệu cách nhiệt than chì carbonvật chất, mộtnồi nấu than chì, tinh thể hạt cacbua silic, bột cacbua silic và nhiệt kế nhiệt độ cao. Bột cacbua silic nằm ở đáy nồi nấu bằng than chì, trong khi tinh thể mầm được cố định ở phía trên. Quá trình phát triển tinh thể như sau: nhiệt độ ở đáy nồi nấu kim loại được nâng lên 2100–2400 °C thông qua quá trình gia nhiệt (cảm ứng hoặc điện trở). Bột cacbua silic ở đáy nồi nấu kim loại bị phân hủy ở nhiệt độ cao này, tạo ra các chất khí như Si, Si₂C và SiC₂. Dưới ảnh hưởng của gradient nhiệt độ và nồng độ trong khoang, các chất khí này được vận chuyển đến bề mặt nhiệt độ thấp hơn của tinh thể hạt và dần dần ngưng tụ và tạo mầm, cuối cùng đạt được sự phát triển của tinh thể cacbua silic.

Các điểm kỹ thuật chính cần lưu ý khi phát triển tinh thể cacbua silic bằng phương pháp vận chuyển hơi vật lý như sau:

1) Độ tinh khiết của vật liệu than chì bên trong trường nhiệt độ phát triển tinh thể phải đáp ứng yêu cầu. Độ tinh khiết của các bộ phận than chì phải nhỏ hơn 5 × 10-6 và độ tinh khiết của lớp nỉ cách nhiệt phải nhỏ hơn 10 × 10-6. Trong số này, độ tinh khiết của các nguyên tố B và Al phải dưới 0,1×10-6, vì hai nguyên tố này sẽ tạo ra các lỗ trống trong quá trình phát triển cacbua silic. Lượng hai nguyên tố này quá mức sẽ dẫn đến tính chất điện không ổn định của cacbua silic, ảnh hưởng đến hiệu suất của các thiết bị cacbua silic. Đồng thời, sự hiện diện của tạp chất có thể dẫn đến các khuyết tật và sai lệch tinh thể, cuối cùng ảnh hưởng đến chất lượng của tinh thể.

2) Phân cực tinh thể hạt giống phải được chọn chính xác. Người ta đã xác minh rằng mặt phẳng C(0001) có thể được sử dụng để phát triển tinh thể 4H-SiC và mặt phẳng Si(0001) được sử dụng để phát triển tinh thể 6H-SiC.

4) Quá trình liên kết tinh thể hạt giống tốt. Mặt sau của tinh thể hạt bị phân hủy và thăng hoa ở nhiệt độ cao. Trong quá trình phát triển tinh thể, các khoảng trống hình lục giác hoặc thậm chí các khuyết tật vi ống có thể được hình thành bên trong tinh thể và trong trường hợp nghiêm trọng, có thể tạo ra các tinh thể đa hình diện tích lớn. Vì vậy, mặt sau của tinh thể hạt cần được xử lý trước. Một lớp cản quang dày đặc có độ dày khoảng 20 μm có thể được phủ lên bề mặt Si của tinh thể hạt. Sau khi cacbon hóa ở nhiệt độ cao ở khoảng 600 ° C, một lớp màng cacbon hóa dày đặc được hình thành. Sau đó, nó được liên kết với một tấm than chì hoặc giấy than chì dưới nhiệt độ và áp suất cao. Tinh thể hạt thu được theo cách này có thể cải thiện đáng kể chất lượng kết tinh và ức chế hiệu quả sự cắt bỏ mặt sau của tinh thể hạt.

4) Quá trình liên kết tinh thể hạt giống tốt. Mặt sau của tinh thể hạt bị phân hủy và thăng hoa ở nhiệt độ cao. Trong quá trình phát triển tinh thể, các khoảng trống hình lục giác hoặc thậm chí các khuyết tật vi ống có thể được hình thành bên trong tinh thể và trong trường hợp nghiêm trọng, có thể tạo ra các tinh thể đa hình diện tích lớn. Vì vậy, mặt sau của tinh thể hạt cần được xử lý trước. Một lớp cản quang dày đặc có độ dày khoảng 20 μm có thể được phủ lên bề mặt Si của tinh thể hạt. Sau khi cacbon hóa ở nhiệt độ cao ở khoảng 600 ° C, một lớp màng cacbon hóa dày đặc được hình thành. Sau đó, nó được liên kết với một tấm than chì hoặc giấy than chì dưới nhiệt độ và áp suất cao. Tinh thể hạt thu được theo cách này có thể cải thiện đáng kể chất lượng kết tinh và ức chế hiệu quả sự cắt bỏ mặt sau của tinh thể hạt.

5) Duy trì sự ổn định của giao diện phát triển tinh thể trong chu kỳ phát triển tinh thể. Khi độ dày của tinh thể cacbua silic tăng dần, bề mặt phát triển tinh thể dần dần di chuyển về phía bề mặt trên của bột cacbua silic ở đáy nồi nấu kim loại. Điều này gây ra những thay đổi trong môi trường phát triển ở bề mặt phát triển tinh thể, dẫn đến sự biến động trong các thông số như trường nhiệt và tỷ lệ cacbon-silic. Đồng thời, nó làm giảm tốc độ vận chuyển vật chất trong khí quyển và làm chậm tốc độ phát triển của tinh thể, gây nguy hiểm cho sự phát triển liên tục và ổn định của tinh thể. Những vấn đề này có thể được giảm thiểu ở một mức độ nào đó bằng cách tối ưu hóa cấu trúc và phương pháp điều khiển. Việc thêm cơ chế chuyển động của nồi nấu kim loại và điều khiển nồi nấu kim loại di chuyển từ từ lên trên dọc theo hướng trục với tốc độ phát triển tinh thể có thể đảm bảo sự ổn định của môi trường phát triển giao diện tăng trưởng tinh thể và duy trì độ dốc nhiệt độ hướng trục và hướng tâm ổn định.

Semicorex cung cấp chất lượng caothành phần than chìcho sự phát triển của tinh thể SiC. Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc hoặc cần thêm chi tiết, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi.

Số điện thoại liên hệ +86-13567891907

Email: sales@semicorex.com