目前SiC單晶的生長方法主要包括以下三種：物理氣相傳輸法、高溫化學(xué)氣相沉積法、液相法。

2.1 物理氣相傳輸法

物理氣相傳輸法（PVT法），又稱為籽晶升華法、改進(jìn)Lely法。SiC在常壓高溫下不熔化，但在1800℃以上的高溫時，會發(fā)生分解升華成多種氣相組分，這些氣相組分在運(yùn)輸至較低溫度時又會發(fā)生反應(yīng)，重新結(jié)晶生成固相SiC，PVT法正是利用了該特性。

1955年Lely首先用升華法制備純凈的α-SiC，使SiC晶體制備工藝向前推進(jìn)了一步。Lely認(rèn)為如果建立一個準(zhǔn)封閉的容器，在混合物部分分解升華條件下，其中大多數(shù)揮發(fā)性成分的蒸氣壓等于該成分在確定溫度下平衡狀態(tài)分解的蒸氣壓。在這種情況下，分解將被抑制，導(dǎo)致物質(zhì)自容器高溫部分向低溫部分輸送并凝聚結(jié)晶。據(jù)此，其設(shè)計出一個空腹的圓筒，將具有工業(yè)級的SiC塊放入碳坩堝中，加熱到2500℃，在此溫度下SiC發(fā)生明顯的分解與升華，產(chǎn)生Si和SiC蒸氣壓，在高溫爐內(nèi)形成的溫度梯度作用下向低溫方向輸送并凝聚在頂部和底部較低溫度處，形成SiC晶體。

該方法成本高且難以提供制作半導(dǎo)體器件所需要的高質(zhì)量晶體，也使得人們逐漸放棄對SiC晶體生長的研究。直到1978年，Tairov和Tsvetko在晶體生長中使用籽晶使得形核過程得以控制，且生長溫度也降低。此方法即物理氣相傳輸法。

PVT法的本質(zhì)在SiC原料的分解，其分解的氣相成分主要有Si，Si₂C和SiC₂，籽晶粘接于上部的坩堝蓋上，該處溫度較低，SiC分解的氣相就在坩堝蓋上凝結(jié)成晶體。原料分解發(fā)生的反應(yīng)主要如下：

圖1 PVT法生長SiC晶體生長原理示意圖

原料分解獲得氣相是一個富硅的氣相，Si/C原子比大于1。在氣相傳輸過程中Si₂C和Si會繼續(xù)和原料中的C或者石墨坩堝中的C元素進(jìn)行反應(yīng)。Si₂C和原料中的C反應(yīng)會生成SiC繼續(xù)留在原料中，和石墨坩堝中的C反應(yīng)則會生成氣相，氣相傳輸至襯底處，該處溫度較低，氣相就會在襯底上沉積生成SiC晶體。

2.2 高溫化學(xué)氣相沉積法

高溫化學(xué)氣相沉積法（HTCVD）生長SiC晶體和PVT法較為相似，反應(yīng)容器為石墨坩堝，先驅(qū)體在坩堝底下氣體通道中進(jìn)入石墨坩堝加熱區(qū)，在坩堝頂部裝有籽晶，氣體在溫度較低的籽晶處沉積生長碳化硅晶體，反應(yīng)裝置示意圖如圖2所示，其就像一個垂直方向的化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器。

圖2 HTCVD法生長SiC裝置示意圖

高溫化學(xué)氣相沉積法反應(yīng)的先驅(qū)氣體一般為硅烷（SiH₄）和碳?xì)浠衔铮热?/span>C₂H₄和C₃H₈等。HTCVD的反應(yīng)溫度一般為2100~2300℃，在加熱區(qū)氣體會反應(yīng)生成Si以及SiC，這些反應(yīng)生成的氣體就是SiC晶錠生長的原料。氣體反應(yīng)區(qū)的溫度要比籽晶處高，溫度梯度保證了質(zhì)量傳輸，較低的溫度使得氣相在籽晶凝固。典型SiC晶體的生長壓力和生長速率分別為25~80kPa和0.3~1.5mm·h^-1。HTCVD相對于PVT法的主要優(yōu)勢在于制備出的SiC純度高，并且Si/C原子的比例能夠控制，以及生長原料供應(yīng)的連續(xù)性好。

2.3液相法

液相法生長SiC單晶最早是由德國Hofmann DH等人于1999年提出的。近些年，日本的一些單位又對液相法生長碳化硅進(jìn)行了大量的研究改進(jìn)。選用石墨材料作為坩堝，同時將其作為碳源，在石墨坩堝中填充硅熔體。將SiC晶種放置在石墨坩堝頂部，剛好與熔體接觸，控制晶種溫度略低于熔體溫度。利用溫度梯度作為生長驅(qū)動力來實現(xiàn)晶體的生長。生長一般在惰性氣體氣氛（如Ar）中進(jìn)行，生長溫度在1750?2100℃之間。為了提高晶體的生長速率，在生長過程中可以調(diào)節(jié)石墨坩堝和種子晶體的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)速度。

相比傳統(tǒng)PVT法生長中遇到的困難，液相法生長SiC具有以下優(yōu)點：

（1）位錯密度低。SiC襯底晶片中的位錯問題一直是制約SiC器件性能的關(guān)鍵。采用液相法生長一方面可以大幅度的降低生長溫度，減少從高溫狀態(tài)降溫冷卻過程中由于熱應(yīng)力導(dǎo)致的位錯，有效抑制生長過程中位錯的產(chǎn)生；

（2）液相法生長SiC可以通過放肩技術(shù)相對簡單的進(jìn)行擴(kuò)徑生長；

（3）可以獲得p型晶體。液相法由于生長氣壓高，溫度相對較低，在該條件下Al不容易揮發(fā)而流失，液相法采用的助熔液中增加Al可以較容易的獲得高載流子濃度的p型SiC晶體。這是液相法生長SiC晶體的又一亮點。

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