سبيكة كربيد السيليكون (SiC) بقطر 50.8 مم × 10 مم، أحادية البلورة من نوع 4H-N، بقياس 2 بوصة.

تقنية نمو بلورات كربيد السيليكون

تُصعّب خصائص كربيد السيليكون (SiC) عملية إنماء بلورات أحادية. ويعود ذلك أساسًا إلى عدم وجود طور سائل بنسبة ستويكيومترية Si : C = 1 : 1 عند الضغط الجوي، كما يستحيل إنماء SiC باستخدام طرق الإنماء الأكثر رسوخًا، مثل طريقة السحب المباشر وطريقة البوتقة الساقطة، وهما الطريقتان الرئيسيتان في صناعة أشباه الموصلات. نظريًا، لا يُمكن الحصول على محلول بنسبة ستويكيومترية Si : C = 1 : 1 إلا عند ضغط يزيد عن 10 × 10⁵ ضغط جوي ودرجة حرارة أعلى من 3200 درجة مئوية. وتشمل الطرق الشائعة حاليًا طريقة نقل البخار الفيزيائي (PVT)، وطريقة الطور السائل، وطريقة الترسيب الكيميائي للبخار عند درجات حرارة عالية.

يتم إنتاج رقائق وبلورات كربيد السيليكون التي نوفرها بشكل أساسي عن طريق نقل البخار الفيزيائي (PVT)، وفيما يلي مقدمة موجزة عن تقنية نقل البخار الفيزيائي:

نشأت طريقة النقل الفيزيائي للبخار (PVT) من تقنية التسامي في الطور الغازي التي ابتكرها ليلي عام 1955، حيث يُوضع مسحوق كربيد السيليكون (SiC) في أنبوب من الجرافيت ويُسخّن إلى درجة حرارة عالية ليتحلل ويتسامى، ثم يُبرّد الأنبوب، فتترسب مكونات الطور الغازي المتحللة من مسحوق كربيد السيليكون وتتبلور على شكل بلورات كربيد السيليكون في المنطقة المحيطة بالأنبوب. ورغم صعوبة الحصول على بلورات أحادية كبيرة الحجم من كربيد السيليكون بهذه الطريقة، وصعوبة التحكم في عملية الترسيب داخل أنبوب الجرافيت، إلا أنها تُقدّم أفكارًا للباحثين اللاحقين.

قدم ي.م. تايروف وآخرون في روسيا مفهوم البلورة البذرية على هذا الأساس، مما حل مشكلة عدم القدرة على التحكم في شكل البلورة وموقع النواة لبلورات كربيد السيليكون. وواصل الباحثون اللاحقون تحسين هذه الطريقة حتى طوروا في النهاية طريقة نقل البخار الفيزيائي (PVT) المستخدمة صناعيًا اليوم.

تُعدّ تقنية الترسيب الفيزيائي للبخار (PVT) أقدم طريقة لنمو بلورات كربيد السيليكون، وهي حاليًا الطريقة الأكثر شيوعًا لنمو هذه البلورات. وبالمقارنة مع الطرق الأخرى، تتميز هذه الطريقة بمتطلبات منخفضة لمعدات النمو، وبساطة عملية النمو، وإمكانية تحكم عالية، وتطوير وبحث شاملين، وقد تم تطبيقها بالفعل على نطاق صناعي.