يلعب كربيد السيليكون (SiC)، باعتباره مادة شبه موصلة ذات فجوة نطاق واسعة، دورًا متزايد الأهمية في تطبيقات العلوم والتكنولوجيا الحديثة. يتميز كربيد السيليكون بثبات حراري ممتاز، وتحمل عالٍ للمجال الكهربائي، وموصلية قصدية، وخصائص فيزيائية وبصرية ممتازة أخرى، ويُستخدم على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية البصرية والأجهزة الشمسية. ونظرًا للطلب المتزايد على أجهزة إلكترونية أكثر كفاءة واستقرارًا، أصبح إتقان تكنولوجيا نمو كربيد السيليكون مجالًا هامًا.
إذن، ما مقدار ما تعرفه عن عملية نمو SiC؟
سنناقش اليوم ثلاث تقنيات رئيسية لنمو بلورات كربيد السيليكون المفردة: النقل الفيزيائي للبخار (PVT)، والترسيب الطور السائل (LPE)، والترسيب الكيميائي للبخار في درجات حرارة عالية (HT-CVD).
طريقة نقل البخار الفيزيائي (PVT)
تُعد طريقة نقل البخار الفيزيائي من أكثر عمليات نمو كربيد السيليكون شيوعًا. يعتمد نمو كربيد السيليكون أحادي البلورة بشكل أساسي على تسامي مسحوق كربيد السيليكون وإعادة ترسيبه على بلورة البذرة تحت درجات حرارة عالية. في بوتقة جرافيت مغلقة، يُسخّن مسحوق كربيد السيليكون إلى درجة حرارة عالية، ومن خلال التحكم في تدرج درجة الحرارة، يتكثف بخار كربيد السيليكون على سطح بلورة البذرة، وينمو تدريجيًا بلورة أحادية كبيرة الحجم.
تُصنع الغالبية العظمى من كربيد السيليكون أحادي البلورة الذي نوفره حاليًا بهذه الطريقة، وهي الطريقة السائدة في هذه الصناعة.
الطور السائل (LPE)
تُحضَّر بلورات كربيد السيليكون بطريقة التكاثر الطبقي السائل من خلال عملية نمو بلوري عند السطح البيني الصلب-السائل. في هذه الطريقة، يُذاب مسحوق كربيد السيليكون في محلول سيليكون-كربون عند درجة حرارة عالية، ثم تُخفَّض درجة الحرارة ليترسب كربيد السيليكون من المحلول وينمو على بلورات البذرة. الميزة الرئيسية لطريقة LPE هي إمكانية الحصول على بلورات عالية الجودة عند درجة حرارة نمو منخفضة، وانخفاض تكلفتها نسبيًا، ومناسبتها للإنتاج على نطاق واسع.
الترسيب الكيميائي للبخار بدرجة حرارة عالية (HT-CVD)
بإدخال الغاز المحتوي على السيليكون والكربون في حجرة التفاعل بدرجة حرارة عالية، تترسب طبقة كربيد السيليكون أحادية البلورة مباشرةً على سطح بلورة البذرة من خلال تفاعل كيميائي. وتكمن ميزة هذه الطريقة في إمكانية التحكم الدقيق في معدل تدفق الغاز وظروف تفاعله، مما يُنتج بلورة كربيد سيليكون عالية النقاء وقليلة العيوب. وتُنتج عملية الترسيب الكيميائي الحراري عالي الحرارة بلورات كربيد السيليكون بخصائص ممتازة، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتطلب مواد عالية الجودة.
تُعدّ عملية نمو كربيد السيليكون حجر الزاوية في تطبيقه وتطويره. ومن خلال الابتكار والتحسين التكنولوجي المستمر، تؤدي طرق النمو الثلاث هذه أدوارها المختلفة في تلبية احتياجات مختلف المناسبات، مما يضمن المكانة المهمة لكربيد السيليكون. ومع تعميق البحث والتقدم التكنولوجي، سيستمر تحسين عملية نمو مواد كربيد السيليكون، وسيشهد أداء الأجهزة الإلكترونية مزيدًا من التحسن.
(الرقابة)
وقت النشر: ٢٣ يونيو ٢٠٢٤