प्राइवेट विधि द्वारा तैयार SiC क्रिस्टल

सिलिकॉन कार्बाइड एकल क्रिस्टल तैयार करने की मुख्य विधि भौतिक वाष्प परिवहन (पीवीटी) विधि है। इस विधि में मुख्य रूप से शामिल है aक्वार्ट्ज ट्यूब गुहा, एगर्म करने वाला तत्व(इंडक्शन कॉइल या ग्रेफाइट हीटर),ग्रेफाइट कार्बन लगा इन्सुलेशनसामग्री, एग्रेफाइट क्रूसिबल, एक सिलिकॉन कार्बाइड बीज क्रिस्टल, सिलिकॉन कार्बाइड पाउडर, और एक उच्च तापमान थर्मामीटर। सिलिकॉन कार्बाइड पाउडर ग्रेफाइट क्रूसिबल के नीचे स्थित होता है, जबकि बीज क्रिस्टल शीर्ष पर तय होता है। क्रिस्टल वृद्धि प्रक्रिया इस प्रकार है: क्रूसिबल के तल पर तापमान हीटिंग (प्रेरण या प्रतिरोध) के माध्यम से 2100-2400 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ाया जाता है। क्रूसिबल के तल पर सिलिकॉन कार्बाइड पाउडर इस उच्च तापमान पर विघटित हो जाता है, जिससे Si, Si₂C, और SiC₂ जैसे गैसीय पदार्थ उत्पन्न होते हैं। गुहा के भीतर तापमान और सांद्रता प्रवणताओं के प्रभाव के तहत, इन गैसीय पदार्थों को बीज क्रिस्टल की निचली-तापमान सतह पर ले जाया जाता है और धीरे-धीरे संघनित और न्यूक्लियेट किया जाता है, जिससे अंततः सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल का विकास होता है।

भौतिक वाष्प परिवहन विधि का उपयोग करके सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल उगाते समय ध्यान देने योग्य मुख्य तकनीकी बिंदु इस प्रकार हैं:

1) क्रिस्टल विकास तापमान क्षेत्र के अंदर ग्रेफाइट सामग्री की शुद्धता आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए। ग्रेफाइट भागों की शुद्धता 5×10-6 से कम होनी चाहिए, और इन्सुलेशन फील की शुद्धता 10×10-6 से कम होनी चाहिए। इनमें से बी और अल तत्वों की शुद्धता 0.1×10-6 से कम होनी चाहिए, क्योंकि ये दोनों तत्व सिलिकॉन कार्बाइड वृद्धि के दौरान मुक्त छिद्र उत्पन्न करेंगे। इन दो तत्वों की अत्यधिक मात्रा सिलिकॉन कार्बाइड के अस्थिर विद्युत गुणों को जन्म देगी, जिससे सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों का प्रदर्शन प्रभावित होगा। साथ ही, अशुद्धियों की उपस्थिति से क्रिस्टल में दोष और अव्यवस्था हो सकती है, जो अंततः क्रिस्टल की गुणवत्ता को प्रभावित कर सकती है।

2) बीज क्रिस्टल ध्रुवता का चयन सही ढंग से किया जाना चाहिए। यह सत्यापित किया गया है कि C(0001) तल का उपयोग 4H-SiC क्रिस्टल को विकसित करने के लिए किया जा सकता है, और Si(0001) तल का उपयोग 6H-SiC क्रिस्टल को विकसित करने के लिए किया जा सकता है।

3) विकास के लिए ऑफ-एक्सिस बीज क्रिस्टल का उपयोग करें। ऑफ-अक्ष बीज क्रिस्टल का इष्टतम कोण 4° है, जो क्रिस्टल अभिविन्यास की ओर इशारा करता है। ऑफ-अक्ष बीज क्रिस्टल न केवल क्रिस्टल विकास की समरूपता को बदल सकते हैं और क्रिस्टल में दोषों को कम कर सकते हैं, बल्कि क्रिस्टल को एक विशिष्ट क्रिस्टल अभिविन्यास के साथ बढ़ने की अनुमति भी देते हैं, जो एकल-क्रिस्टल क्रिस्टल तैयार करने के लिए फायदेमंद है। साथ ही, यह क्रिस्टल के विकास को अधिक समान बना सकता है, क्रिस्टल में आंतरिक तनाव और खिंचाव को कम कर सकता है और क्रिस्टल की गुणवत्ता में सुधार कर सकता है।

4)अच्छी बीज क्रिस्टल बॉन्डिंग प्रक्रिया। बीज क्रिस्टल का पिछला भाग उच्च तापमान पर विघटित और उर्ध्वपातित होता है। क्रिस्टल के विकास के दौरान, क्रिस्टल के अंदर हेक्सागोनल रिक्तियां या यहां तक ​​कि माइक्रोट्यूब दोष भी बन सकते हैं, और गंभीर मामलों में, बड़े क्षेत्र के बहुरूपी क्रिस्टल उत्पन्न हो सकते हैं। इसलिए, बीज क्रिस्टल के पिछले हिस्से को पहले से उपचारित करने की आवश्यकता है। बीज क्रिस्टल की सी सतह पर लगभग 20 माइक्रोन की मोटाई वाली एक सघन फोटोरेसिस्ट परत लेपित की जा सकती है। लगभग 600 डिग्री सेल्सियस पर उच्च तापमान कार्बोनाइजेशन के बाद, एक घनी कार्बोनाइज्ड फिल्म परत बनती है। फिर, इसे उच्च तापमान और दबाव के तहत ग्रेफाइट प्लेट या ग्रेफाइट पेपर से जोड़ा जाता है। इस तरह से प्राप्त बीज क्रिस्टल क्रिस्टलीकरण की गुणवत्ता में काफी सुधार कर सकता है और बीज क्रिस्टल के पिछले हिस्से के उदभव को प्रभावी ढंग से रोक सकता है।

5) क्रिस्टल विकास चक्र के दौरान क्रिस्टल विकास इंटरफ़ेस की स्थिरता बनाए रखें। जैसे-जैसे सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल की मोटाई धीरे-धीरे बढ़ती है, क्रिस्टल ग्रोथ इंटरफ़ेस धीरे-धीरे क्रूसिबल के नीचे सिलिकॉन कार्बाइड पाउडर की ऊपरी सतह की ओर बढ़ता है। इससे क्रिस्टल विकास इंटरफ़ेस पर विकास वातावरण में परिवर्तन होता है, जिससे थर्मल क्षेत्र और कार्बन-सिलिकॉन अनुपात जैसे मापदंडों में उतार-चढ़ाव होता है। इसके साथ ही, यह वायुमंडलीय सामग्री परिवहन दर को कम कर देता है और क्रिस्टल की वृद्धि की गति को धीमा कर देता है, जिससे क्रिस्टल की निरंतर और स्थिर वृद्धि के लिए खतरा पैदा हो जाता है। संरचना और नियंत्रण विधियों को अनुकूलित करके इन समस्याओं को कुछ हद तक कम किया जा सकता है। एक क्रूसिबल गति तंत्र को जोड़ने और क्रिस्टल विकास दर पर अक्षीय दिशा के साथ धीरे-धीरे ऊपर की ओर बढ़ने के लिए क्रूसिबल को नियंत्रित करने से क्रिस्टल विकास इंटरफ़ेस विकास वातावरण की स्थिरता सुनिश्चित हो सकती है और एक स्थिर अक्षीय और रेडियल तापमान ढाल बनाए रखा जा सकता है।

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