แท่งซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ขนาด 2 นิ้ว เส้นผ่านศูนย์กลาง 50.8 มม. หนา 10 มม. ผลึกเดี่ยว 4H-N

เทคโนโลยีการเจริญเติบโตของผลึก SiC

คุณสมบัติของ SiC ทำให้การปลูกผลึกเดี่ยวทำได้ยาก สาเหตุหลักมาจากไม่มีเฟสของเหลวที่มีอัตราส่วนทางเคมีของ Si : C = 1 : 1 ที่ความดันบรรยากาศ และไม่สามารถปลูก SiC ได้ด้วยวิธีการปลูกผลึกแบบดั้งเดิม เช่น วิธีการดึงโดยตรงและวิธีการหลอมในเบ้าหลอม ซึ่งเป็นวิธีการหลักในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ในทางทฤษฎีแล้ว สารละลายที่มีอัตราส่วนทางเคมีของ Si : C = 1 : 1 จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อความดันมากกว่า 10⁵ บรรยากาศ และอุณหภูมิสูงกว่า 3200 องศาเซลเซียส ปัจจุบัน วิธีการหลักที่ใช้กัน ได้แก่ วิธี PVT วิธีการในเฟสของเหลว และวิธีการตกตะกอนทางเคมีในเฟสไอที่อุณหภูมิสูง

แผ่นเวเฟอร์และผลึก SiC ที่เราจัดหาให้ส่วนใหญ่ผลิตโดยวิธีการขนส่งไอระเหยทางกายภาพ (PVT) และต่อไปนี้เป็นการแนะนำโดยย่อเกี่ยวกับ PVT:

วิธีการขนส่งไอระเหยทางกายภาพ (Physical Vapor Transport: PVT) มีต้นกำเนิดมาจากเทคนิคการระเหิดในเฟสแก๊สที่คิดค้นโดย Lely ในปี 1955 โดยการนำผง SiC ใส่ลงในท่อกราไฟต์และให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิสูงเพื่อให้ผง SiC สลายตัวและระเหิด จากนั้นจึงทำให้ท่อกราไฟต์เย็นลง และส่วนประกอบในเฟสแก๊สที่สลายตัวของผง SiC จะตกตะกอนและตกผลึกเป็นผลึก SiC ในบริเวณรอบๆ ท่อกราไฟต์ แม้ว่าวิธีนี้จะยากที่จะได้ผลึก SiC ขนาดใหญ่ และกระบวนการตกตะกอนภายในท่อกราไฟต์นั้นควบคุมได้ยาก แต่ก็เป็นแนวคิดที่เป็นประโยชน์สำหรับนักวิจัยรุ่นต่อมา

YM Tairov และคณะในรัสเซียได้นำเสนอแนวคิดของผลึกต้นแบบบนพื้นฐานนี้ ซึ่งช่วยแก้ปัญหาเรื่องรูปร่างผลึกและตำแหน่งการเกิดนิวเคลียสของผลึก SiC ที่ควบคุมไม่ได้ นักวิจัยรุ่นต่อมาได้ทำการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องและในที่สุดก็พัฒนาวิธีการถ่ายโอนไอระเหยทางกายภาพ (PVT) ซึ่งใช้ในอุตสาหกรรมในปัจจุบัน

PVT เป็นวิธีการปลูกผลึก SiC ที่เก่าแก่ที่สุด และปัจจุบันเป็นวิธีการปลูกผลึก SiC ที่ได้รับความนิยมมากที่สุด เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการอื่นๆ วิธีนี้มีข้อกำหนดด้านอุปกรณ์การปลูกผลึกต่ำ กระบวนการปลูกผลึกง่าย ควบคุมได้ดี มีการพัฒนาและวิจัยอย่างละเอียด และได้ถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมแล้ว