سبيكة SiC مقاس 2 بوصة، قطر 50.8 مم × 10 مم، أحادية البلورة 4H-N

تكنولوجيا نمو بلورات SiC

تُصعّب خصائص كربيد السيليكون (SiC) إنتاج بلورات مفردة. ويعود ذلك أساسًا إلى عدم وجود طور سائل بنسبة متكافئة Si: C = 1:1 عند الضغط الجوي، كما أنه من غير الممكن إنتاج كربيد السيليكون بطرق النمو الأكثر نضجًا، مثل طريقة السحب المباشر وطريقة بوتقة السقوط، وهما من الركائز الأساسية لصناعة أشباه الموصلات. نظريًا، لا يمكن الحصول على محلول بنسبة متكافئة Si: C = 1:1 إلا عند ضغط أعلى من 10E5atm ودرجة حرارة أعلى من 3200 درجة مئوية. حاليًا، تشمل الطرق الشائعة طريقة PVT، وطريقة الطور السائل، وطريقة الترسيب الكيميائي في طور البخار عالي الحرارة.

يتم زراعة رقائق SiC والبلورات التي نقدمها بشكل أساسي عن طريق النقل البخاري الفيزيائي (PVT)، وفيما يلي مقدمة موجزة عن PVT:

نشأت طريقة نقل البخار الفيزيائي (PVT) من تقنية التسامي في الطور الغازي التي ابتكرها ليلي عام ١٩٥٥، حيث يُوضع مسحوق كربيد السيليكون (SiC) في أنبوب جرافيت ويُسخّن إلى درجة حرارة عالية لتحلل مسحوق كربيد السيليكون وتساميه. بعد ذلك، يُبرّد أنبوب الجرافيت، وتُرسب مكونات الطور الغازي المتحللة من مسحوق كربيد السيليكون وتُبلور على شكل بلورات كربيد السيليكون في المنطقة المحيطة بأنبوب الجرافيت. على الرغم من صعوبة الحصول على بلورات أحادية كبيرة الحجم من كربيد السيليكون (SiC)، وصعوبة التحكم في عملية الترسيب داخل أنبوب الجرافيت، إلا أنها تُقدّم أفكارًا للباحثين اللاحقين.

على هذا الأساس، قدّم YM Tairov وآخرون في روسيا مفهوم بلورة البذرة، مما حلّ مشكلة عدم القدرة على التحكم في شكل البلورة وموقع النواة لبلورات SiC. واصل الباحثون اللاحقون تحسين هذه الطريقة، وطوّروا في نهاية المطاف طريقة نقل البخار الفيزيائي (PVT) المستخدمة صناعيًا اليوم.

باعتبارها أقدم طريقة لنمو بلورات كربيد السيليكون، تُعدّ تقنية PVT حاليًا الطريقة الأكثر شيوعًا لنمو بلورات كربيد السيليكون. مقارنةً بالطرق الأخرى، تتميز هذه الطريقة بانخفاض متطلبات معدات النمو، وسهولة عملية النمو، وسهولة التحكم، والتطوير والبحث الدقيق، وقد دخلت الصناعة بالفعل.