El carbur de silici (SiC) és un material semiconductor compost de-banda àmplia amb propietats físiques i químiques úniques. Els enllaços químics C-Si i la disposició C-Si en capes donen a SiC una alta duresa, una alta conductivitat tèrmica i una gran velocitat de deriva de saturació, així com una gran banda intermèdia i una gran intensitat de camp de ruptura. En els darrers anys, els semiconductors de SiC han cridat l'atenció generalitzada en aplicacions de dispositius d'alta-freqüència, alta-potència i mida petita a causa de les seves excel·lents característiques del material.
Els cristalls de SiC existeixen en més de 200 politips, entre els quals 4H-SiC, 6H-SiC i 3C-SiC són els més comuns. ‑SiC (politips hexagonals, representats per 4H‑SiC i 6H‑SiC) té un procés de creixement madur i s'utilitza àmpliament en aplicacions industrials. 4H‑SiC conté llocs de gelosia hexagonals i cúbics, amb bicapes disposades en la seqüència ABCB–ABCB, dotant-lo d'una major duresa i estabilitat tèrmica només és C‑SiC{8}} politip), amb una estructura cristal·lina semblant a la del silici. Presenta una conductivitat tèrmica ultra alta, una gran mobilitat del canal i una menor densitat d'estat de defecte a la interfície SiO₂/3C-SiC, mostrant un potencial d'aplicació excepcional.
Per satisfer les demandes d'aplicacions a gran escala en sectors com els vehicles d'energia nova, la solar fotovoltaica i la generació d'energia eòlica, les tecnologies de creixement monocristal SiC d'alta qualitat, de gran diàmetre i de baix cost s'han convertit en un focus clau de recerca i desenvolupament. Actualment, els mètodes de creixement de cristalls de SiC que s'utilitzen habitualment inclouen el transport físic de vapor (PVT), la deposició de vapor químic a alta temperatura (HTCVD) i el creixement de la solució a alta temperatura (HTSG). Entre aquests, el mètode PVT és relativament madur i ja ha complert els requisits per a la producció a gran escala de cristalls simples de SiC. Tanmateix, a mesura que les demandes de qualitat de cristall de SiC i eficiència energètica augmenten en diverses indústries, els desavantatges del mètode PVT són cada cop més evidents. En primer lloc, l'alta temperatura de creixement requerida per PVT comporta un consum i un cost d'energia importants. En segon lloc, els cristalls individuals de SiC cultivats per PVT contenen defectes com dislocacions i microtubes, que afecten seriosament la qualitat del cristall. El mètode HTCVD produeix SiC amb alta puresa, permet un control efectiu de la relació atòmica Si/C i permet el subministrament continu de precursors de creixement. A més, els components de grafit corbats amb una forma especial poden optimitzar eficaçment el transport de precursors i els processos de reacció química. No obstant això, els requisits de gas especial i d'alta temperatura de HTCVD augmenten el cost de producció dels cristalls de SiC.
En general, el mètode HTSG ofereix els avantatges de fer créixer cristalls únics de SiC a temperatures relativament més baixes en condicions d'equilibri gairebé termodinàmics, i durant el procés de creixement, els defectes de dislocació del cristall es poden transformar eficaçment. HTSG garanteix una alta qualitat de cristall alhora que redueix els costos de producció.
En el creixement de cristalls simples de SiC pel mètode HTSG, la selecció adequada dels fluxos és un factor clau per millorar l'eficiència i la qualitat del creixement de cristalls de SiC. L'elecció dels elements de flux ha de seguir aquests principis:
Alta solubilitat de carboni: una alta capacitat de dissolució de carboni proporciona un entorn de creixement de cristalls més estable i la temperatura de creixement relativament més baixa redueix eficaçment els costos experimentals i el consum d'energia.
Alta capacitat de transport de massa: l'addició d'elements de flux (metalls de transició o elements de terres rares) redueix la viscositat de la solució i millora la seva fluïdesa, accelerant així el transport de soluts de carboni a la solució.
Bona humectació amb SiC: la superfície del cristall de llavors ha d'estar completament mullada en contacte amb la solució.
Abundant en la naturalesa i de fàcil accés.
No hi ha formació de fases estables a alta temperatura que no siguin SiC a temperatures elevades.
Entre aquests, la capacitat de dissolució de carboni dels elements de flux és especialment important, ja que la millora d'aquesta capacitat promou encara més el creixement ràpid i d'alta qualitat de cristalls. En el mètode HTSG, la font de carboni per al creixement d'un sol cristall de SiC prové del gresol de grafit que conté la solució. Atès que la solubilitat del carboni en silici fos és extremadament baixa-només el 13% al punt peritèctic (3073 K)- i el silici es vaporitza directament per sobre de 2273 K, cal afegir altres elements de transició o elements de terres rares a la solució de silici per augmentar la solubilitat del carboni i així permetre un creixement ràpid i d'alta qualitat dels cristalls.