当前位置: 石墨 >> 石墨前景 >> PVTHTCVD及LPE碳化硅长晶工
碳化硅的单晶生产方式主要有物理气相传输法(PVT)、高温气相化学沉积法(HT-CVD)、液相法(LPE)等方法,以下简要介绍几种工艺:
1)PVT法通过感应加热(或电阻加热)的方式在°C以上高温、接近真空的低压下加热碳化硅粉料,使其升华产生包含Si原子、Si2C分子、SiC2分子等气相物质,通过固-气反应产生碳化硅单晶反应源,在温度梯度的驱动下,这些气相物质被输运到温度较低的碳化硅籽晶上形成碳化硅晶体。整个固-气-固反应过程都处于一个完整且密闭的生长腔室内,任意生长条件的波动将导致整个单晶生长系统的变化,且由于多种碳化硅的同质异构晶型之间能量转化势垒极低,导致PVT法下生长系统稳定性不佳、晶体生长效率低、易产生标晶型杂乱以及各种结晶缺陷等严重质量问题,工艺的难度导致碳化硅材料成本高昂。
2)HT-CVD法起步较晚,其原理是在-2°C的高温下,通入硅烷、乙烷、氢气等高纯气体,先在温度较高的裂解反应区形成SixCy的前驱物,再经由气体的带动下进入较低温的籽晶端前沉积形成单晶。因为特气纯度高、杂质含量低,因此HT-CVD法能够制备高纯度、高质量的半绝缘碳化硅晶体;其原料可持续添加、参数可调整,具有产品多样性等优势。但由于设备昂贵、高纯气体价格不菲,该方法商业化慢于PVT法。
3)LPE法则类似硅晶制备的提拉法,使用长晶炉结构,碳化硅籽晶固定在籽晶杆前端,石墨坩埚里装填硅原料以及少量的掺杂物,加热至硅的熔点以上(-°C)。将硅熔化后,加入如过渡金属元素等助熔剂,在硅的熔体中熔解碳,然后在液相外延通过籽晶向上提拉,借由缓慢降温使溶液过饱和后在籽晶前端生长出碳化硅单晶。LPE法虽目前尚未成熟,但优势显著,可以大幅降低生产温度、提升生产速度,且在此方法下熔体本身更易扩型,晶体质量亦大为提高,因而被认为是碳化硅材料走向低成本的较好路径,有积极的发展空间。
碳化硅衬底