用PVT法长碳化硅以外的晶体
Rad聊碳化硅 · 2020-12-23
用PVT法长碳化硅以外的晶体
之前,你了解了气相法生长碳化硅晶体,其中物理气相输运法(PVT)是现在商用导电碳化硅晶体生长的主流方法。
物理气相输运法的核心是升华过程:输入是固体,中间过程是气体,结果是固体。这个升华过程首先是存在的,这不用说,从我们小学二年级学过的水的相图可以简单地分析这个过程:
可以看到,在低压的情况下,冰和水蒸气是可以直接转化的,关键的交点就是三相点——600Pa、0℃。之后,随着气压的降低,升华所需的温度也在降低,甚至1Pa的气压下在零下50℃也会升华了。
PVT法生长碳化硅就是这样的一个过程,在碳化硅生长炉的气压控制中有所涉及。这也是蕴含在碳化硅的相图中的,在气相法生长碳化硅晶体中有这么几个参数:
a.100MPa、2830℃为熔点;
b.500-3000Pa、2100-2200℃为4H-SiC生长温度;
c.1000-10000Pa、2200-2300℃为6H-SiC生长温度。
假设这些数据为真,那么可以不规范地绘制一部分相图如图所示:
当然,这里忽略了很多影响多型的因素,但一个趋势还是可以看出来的。既然如此,常温常压下大部分为固相的物质,都可以尝试使用低压下的升华法来生长。
IVA族——碳族代表的就是SiC晶体。
VA族——氮族则是AlN晶体。磷化物中很多也可以采用升华法。
VIA族——氧族也是可以的。Vapor Crystal Growth and Characterization 一文中,介绍了以ZnSe为代表的II–VI化合物的升华法生长,包括了CdS、CdTe、ZnS、CdSe、ZnTe等等,升华温度在800-1100℃,而熔点在1000-1700℃。ZnO也有使用该方法生长的。
VIIA族——卤族化合物更多了。本身I2就容易升华。而PbI2、Hg2Cl2等同样可以这样生长,PHYSICAL VAPOR TRANSPORT GROWTH OF MERCUROUS CHLORIDE CRYSTALS文中介绍了。
这些温度低的,使用石英安瓿封管就可以生长。将样品放在石英管中抽真空,之后通过氢氧焰封住石英管,之后就可以去控制温度生长晶体了。在红外非线性光学晶体中是常用方法,如果使用双温区,那就有可能构建PVT环境,比如最近师弟长的Cd4SiQ6(Q=S,Se) Ternary Infrared Nonlinear Optical Materials with Mixed Functional Building Motifs还有α?CdP2 Large SHG Effect Originating from the Synergism of Parallel [P?] Polyanion Chains and Distorted CdP4 Tetrahedra。其中,使用了I2来作为气氛。本人工作中的氰尿酸盐也有使用该方法生长的。但是,生长的过程中,如果单纯的单温区,那可能是熔体法——比如说下降法、熔盐法等,单纯的封管不一定会有气相的参与。
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