Silicijum karbid (SiC) je poluprovodnički materijal sa -pojasnim razmakom sa jedinstvenim fizičkim i hemijskim svojstvima. C–Si hemijske veze i slojeviti C–Si raspored daju SiC-u visoku tvrdoću, visoku toplotnu provodljivost i veliku brzinu drifta zasićenja, kao i širok pojas i veliku jačinu polja proboja. Posljednjih godina, SiC poluvodiči su privukli široku pažnju u aplikacijama visokih-frekvencija, velike-i uređaja malih dimenzija zbog svojih odličnih karakteristika materijala.
Kristali SiC postoje u više od 200 politipova, među kojima su 4H-SiC, 6H-SiC i 3C-SiC najčešći. -SiC (heksagonalni politipovi, predstavljeni sa 4H-SiC i 6H-SiC) ima zreo proces rasta i široko se koristi u industrijskim aplikacijama. 4H-SiC sadrži i heksagonalne i kubične rešetkaste lokacije, sa dvoslojevima raspoređenim u višoj liniji ABCB-AB, ABCB i tvrdoće. stabilnost. 3C‑SiC je jedini ‑SiC (kubni politip), sa kristalnom strukturom sličnom silicijumskoj. Pokazuje ultra-visoku toplotnu provodljivost, visoku pokretljivost kanala i nižu gustinu defektnog stanja na interfejsu SiO₂/3C-SiC, pokazujući izvanredan potencijal primene.
Kako bi se ispunili zahtjevi za primjenu velikih razmjera u sektorima kao što su nova energetska vozila, solarna fotonaponska energija i proizvodnja energije vjetra, visokokvalitetne tehnologije rasta SiC monokristala velikog promjera i niske cijene postale su ključni fokus istraživanja i razvoja. Trenutno, najčešće korišćene metode rasta SiC kristala uključuju fizički transport pare (PVT), visokotemperaturno hemijsko taloženje pare (HTCVD) i rast rastvora na visokim temperaturama (HTSG). Među njima, PVT metoda je relativno zrela i već je ispunila zahtjeve za masovnu proizvodnju SiC monokristala. Međutim, kako se zahtjevi za kvalitetom SiC kristala i energetskom efikasnošću povećavaju u različitim industrijama, nedostaci PVT metode postaju sve očigledniji. Prvo, visoka temperatura rasta koju zahtijeva PVT dovodi do značajne potrošnje energije i troškova. Drugo, monokristali SiC uzgojeni PVT-om sadrže defekte kao što su dislokacije i mikrocijevi, koji ozbiljno utiču na kvalitet kristala. HTCVD metoda proizvodi SiC visoke čistoće, omogućava efikasnu kontrolu atomskog odnosa Si/C i omogućava kontinuirano snabdevanje prekursora rasta. Dodatno, posebno oblikovane zakrivljene grafitne komponente mogu efikasno optimizirati transport prekursora i procese hemijske reakcije. Ipak, visoke temperature i posebni zahtjevi za plinom HTCVD-a povećavaju troškove proizvodnje SiC kristala.
Sve u svemu, HTSG metoda nudi prednosti uzgoja monokristala SiC na relativno nižim temperaturama u uslovima blizu termodinamičke ravnoteže, a tokom procesa rasta, dislokacijski defekti u kristalu se mogu efikasno transformisati. HTSG osigurava visok kvalitet kristala uz smanjenje troškova proizvodnje.
U rastu SiC monokristala HTSG metodom, pravilan odabir fluksa je ključni faktor u poboljšanju efikasnosti i kvaliteta rasta SiC kristala. Izbor elemenata fluksa treba slijediti ove principe:
Visoka rastvorljivost ugljenika: Visoka sposobnost rastvaranja ugljenika obezbeđuje stabilnije okruženje za rast kristala, a relativno niža temperatura rasta efektivno smanjuje eksperimentalne troškove i potrošnju energije.
Visoka sposobnost transporta mase: Dodavanje elemenata fluksa (prijelaznih metala ili rijetkih zemnih elemenata) smanjuje viskozitet otopine i poboljšava njenu tečnost, čime se ubrzava transport otopljenih ugljika u otopini.
Dobra kvašenje sa SiC-om: površina kristala treba da bude potpuno navlažena kada je u kontaktu sa rastvorom.
Bogat u prirodi i lako dostupan.
Nema formiranja stabilnih visokotemperaturnih faza osim SiC na povišenim temperaturama.
Među njima, sposobnost fluksnih elemenata za otapanje ugljika je posebno važna, jer povećanje ove sposobnosti dalje potiče brz i visokokvalitetan rast kristala. U HTSG metodi, izvor ugljika za rast monokristala SiC dolazi iz grafitnog lončića u kojem se nalazi otopina. Budući da je rastvorljivost ugljika u rastopljenom silicijumu izuzetno niska-samo 13% na peritektičkoj tački (3073 K)-i silicijum direktno isparava iznad 2273 K, potrebno je dodati druge prijelazne elemente ili elemente rijetkih zemalja u otopinu silicijuma kako bi se povećala rastvorljivost ugljika, čime bi se omogućio brzi i visok rast kristala.