إدخال النقل المادي للبخار (PVT)

تحدد خصائص SiC الخاصة أن نمو البلورة الفردية أكثر صعوبة. نظرًا لغياب الطور السائل Si: C = 1: 1 عند الضغط الجوي، لا يمكن استخدام عملية النمو الأكثر نضجًا التي يتبناها التيار الرئيسي لصناعة أشباه الموصلات لتنمية طريقة السحب المستقيمة الأكثر نضجًا، والبوتقة الهابطة طريقة وطرق أخرى للنمو. بعد الحسابات النظرية، فقط عندما يكون الضغط أكبر من 105 ضغط جوي ودرجة الحرارة أعلى من 3200 درجة مئوية، يمكننا الحصول على النسبة المتكافئة للحل Si:C = 1:1. تعد طريقة pvt حاليًا واحدة من أكثر الطرق شيوعًا.

تتميز طريقة PVT بمتطلبات منخفضة لمعدات النمو، وعملية بسيطة ويمكن التحكم فيها، كما أن تطوير التكنولوجيا ناضج نسبيًا، وقد تم تصنيعه بالفعل. ويوضح الشكل أدناه هيكل طريقة PVT.

يمكن تحقيق تنظيم مجال درجة الحرارة المحورية والشعاعية من خلال التحكم في حالة الحفاظ على الحرارة الخارجية لبوتقة الجرافيت. يتم وضع مسحوق SiC في الجزء السفلي من بوتقة الجرافيت مع درجة حرارة أعلى، ويتم تثبيت بلورة بذور SiC في الجزء العلوي من بوتقة الجرافيت مع درجة حرارة منخفضة. يتم التحكم بشكل عام في المسافة بين المسحوق وبلورات البذور لتكون عشرات المليمترات لتجنب الاتصال بين البلورة المفردة المتنامية والمسحوق.

يتراوح التدرج الحراري عادةً بين 15-35 درجة مئوية/سم. يتم الاحتفاظ بالغاز الخامل عند ضغط 50-5000 باسكال في الفرن لزيادة الحمل الحراري. يتم تسخين مسحوق SiC إلى 2000-2500 درجة مئوية بطرق تسخين مختلفة (التسخين بالحث والتسخين بالمقاومة، والمعدات المقابلة هي فرن الحث وفرن المقاومة)، ويتسامى المسحوق الخام ويتحلل إلى مكونات الطور الغازي مثل Si، Si2C ، SiC2، وما إلى ذلك، والتي يتم نقلها إلى نهاية بلورة البذور بالحمل الحراري للغاز، ويتم تبلور بلورات SiC على بلورات البذور لتحقيق نمو بلوري واحد. معدل نموها النموذجي هو 0.1-2mm/h.

في الوقت الحاضر، تم تطوير ونضج طريقة PVT، ويمكنها تحقيق الإنتاج الضخم لمئات الآلاف من القطع سنويًا، وقد تم تحقيق حجم المعالجة الخاص بها 6 بوصات، ويتطور الآن إلى 8 بوصات، وهناك أيضًا ذات صلة الشركات التي تستخدم تحقيق عينات رقاقة الركيزة 8 بوصة. ومع ذلك، لا تزال طريقة PVT تعاني من المشاكل التالية:

• لا تزال تكنولوجيا تحضير الركيزة ذات الحجم الكبير من SiC غير ناضجة. نظرًا لأن طريقة PVT لا يمكن أن تكون إلا في السماكة الطولية الطويلة، فمن الصعب تحقيق التمدد العرضي. للحصول على رقائق SiC ذات قطر أكبر غالبًا ما تحتاج إلى استثمار مبالغ ضخمة من المال والجهد، ومع استمرار حجم رقاقة SiC الحالي في التوسع، ستزداد هذه الصعوبة تدريجيًا. (نفس تطور Si).
• لا يزال المستوى الحالي للعيوب في ركائز SiC المزروعة بواسطة طريقة PVT مرتفعًا. تعمل الاضطرابات على تقليل جهد الحجب وزيادة تيار التسرب لأجهزة SiC، مما يؤثر على تطبيق أجهزة SiC.
• من الصعب تحضير الركائز من النوع P بواسطة PVT. أجهزة SiC حاليًا هي في الأساس أجهزة أحادية القطب. سوف تتطلب الأجهزة ثنائية القطب عالية الجهد المستقبلية ركائز من النوع p. يمكن أن يؤدي استخدام الركيزة من النوع p إلى تحقيق نمو الفوقي من النوع N، مقارنةً بنمو الفوقي من النوع P على الركيزة من النوع N التي تتمتع بقدرة أعلى على الحركة الحاملة، والتي يمكن أن تزيد من تحسين أداء أجهزة SiC.