Soos getoon in Fig. 3, is daar drie dominante tegnieke wat daarop gemik is om SiC enkelkristal van hoë gehalte en doeltreffendheid te voorsien: vloeistoffase epitaksie (LPE), fisiese dampvervoer (PVT) en hoë-temperatuur chemiese dampneerslag (HTCVD). PVT is 'n goed gevestigde proses vir die vervaardiging van SiC enkelkristal, wat wyd gebruik word in groot wafer vervaardigers.
Al die drie prosesse is egter vinnig aan die ontwikkel en innoverend. Dit is nog nie moontlik om te bepaal watter proses in die toekoms algemeen aanvaar sal word nie. Veral hoë-gehalte SiC enkelkristal geproduseer deur oplossing groei teen 'n aansienlike tempo is in onlangse jare gerapporteer, SiC massa groei in die vloeistof fase vereis 'n laer temperatuur as dié van die sublimasie of afsetting proses, en dit demonstreer uitnemendheid in die vervaardiging van P -tipe SiC-substrate (Tabel 3) [33, 34].
Fig. 3: Skematiese van drie dominante SiC-enkelkristalgroeitegnieke: (a) vloeistoffase-epitaksie; (b) fisiese dampvervoer; (c) hoë-temperatuur chemiese dampneerlegging
Tabel 3: Vergelyking van LPE, PVT en HTCVD vir groeiende SiC-enkelkristalle [33, 34]
Oplossingsgroei is 'n standaardtegnologie vir die voorbereiding van saamgestelde halfgeleiers [36]. Sedert die 1960's het navorsers probeer om 'n kristal in oplossing te ontwikkel [37]. Sodra die tegnologie ontwikkel is, kan die oorversadiging van die groeioppervlak goed beheer word, wat die oplossingsmetode 'n belowende tegnologie maak vir die verkryging van hoëgehalte enkelkristalblokke.
Vir oplossing groei van SiC enkelkristal, die Si bron spruit uit hoogs suiwer Si smelt terwyl die grafiet smeltkroes tweeledige doeleindes dien: verwarmer en C opgeloste stof bron. SiC enkelkristalle is meer geneig om onder die ideale stoïgiometriese verhouding te groei wanneer die verhouding van C en Si naby aan 1 is, wat 'n laer defekdigtheid aandui [28]. By atmosferiese druk toon SiC egter geen smeltpunt nie en ontbind direk deur verdamping by temperature wat ongeveer 2 000 °C oorskry. SiC smelt, volgens teoretiese verwagtinge, kan slegs gevorm word onder ernstige gesien word uit die Si-C binêre fase diagram (Fig. 4) wat by deur temperatuur gradiënt en oplossing stelsel. Hoe hoër die C in die Si-smelt wissel van 1at.% tot 13at.%. Die dryfkrag van C-oorversadiging, hoe vinniger is die groeitempo, terwyl lae C-krag van die groei die C-oorversadiging is wat oorheers word deur druk van 109 Pa en temperature bo 3,200 °C. Dit kan oorversadiging produseer 'n gladde oppervlak [22, 36-38].temperature tussen 1,400 en 2,800 °C, die oplosbaarheid van C in die Si-smelt wissel van 1at.% tot 13at.%. Die dryfkrag van die groei is die C-oorversadiging wat deur temperatuurgradiënt en oplossingstelsel oorheers word. Hoe hoër die C-oorversadiging, hoe vinniger is die groeitempo, terwyl lae C-oorversadiging 'n gladde oppervlak produseer [22, 36-38].
Fig. 4: Si-C binêre fasediagram [40]
Doping-oorgangsmetaalelemente of seldsame-aarde-elemente verlaag nie net die groeitemperatuur effektief nie, maar blyk die enigste manier te wees om koolstofoplosbaarheid in Si-smelt drasties te verbeter. Die byvoeging van oorgangsgroepmetale, soos Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80], ens. of seldsame aardmetale, soos Ce [81], Y [82], Sc, ens. tot die Si-smelt laat die koolstofoplosbaarheid oorskry. 50at.% in 'n toestand naby aan termodinamiese ewewig. Verder is LPE-tegniek gunstig vir P-tipe doping van SiC, wat bereik kan word deur Al in die
oplosmiddel [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Die inkorporering van Al lei egter tot 'n toename in die weerstand van P-tipe SiC enkelkristalle [49, 56]. Afgesien van N-tipe groei onder stikstofdotering,
oplossingsgroei vind gewoonlik in 'n inerte gasatmosfeer plaas. Alhoewel helium (He) duurder is as argon, word dit deur baie geleerdes bevoordeel vanweë die laer viskositeit en hoër termiese geleidingsvermoë (8 keer van argon) [85]. Die migrasietempo en Cr-inhoud in 4H-SiC is soortgelyk onder He- en Ar-atmosfeer, dit is bewys dat groei onder Here 'n hoër groeitempo as groei onderAr tot gevolg het as gevolg van die groter hitte-dissipasie van die saadhouer [68]. Hy belemmer die leemtesvorming binne die gegroeide kristal en spontane kernvorming in die oplossing, dan kan 'n gladde oppervlakmorfologie verkry word [86].
Hierdie artikel het die ontwikkeling, toepassings en eienskappe van SiC-toestelle bekendgestel, en die drie hoofmetodes vir die groei van SiC-enkelkristal. In die volgende afdelings is die huidige oplossingsgroeitegnieke en ooreenstemmende sleutelparameters hersien. Laastens is 'n vooruitsig voorgestel wat die uitdagings en toekomstige werke rakende die grootmaatgroei van SiC enkelkristalle via oplossingsmetode bespreek het.
Postyd: Jul-01-2024