Şəkil 3-də göstərildiyi kimi, SiC monokristalını yüksək keyfiyyət və səmərəliliklə təmin etmək məqsədi daşıyan üç dominant üsul var: maye faza epitaksisi (LPE), fiziki buxar daşınması (PVT) və yüksək temperaturda kimyəvi buxar çökməsi (HTCVD). PVT əsas vafli istehsalçılarında geniş istifadə olunan SiC monokristalının istehsalı üçün yaxşı qurulmuş bir prosesdir.
Bununla belə, hər üç proses sürətlə inkişaf edir və yenilənir. Gələcəkdə hansı prosesin geniş şəkildə mənimsəniləcəyini təxmin etmək hələlik mümkün deyil. Xüsusilə, son illərdə məhlulun əhəmiyyətli dərəcədə böyüməsi nəticəsində əldə edilən yüksək keyfiyyətli SiC monokristalının maye fazada kütləvi artımı sublimasiya və ya çökmə prosesindən daha aşağı temperatur tələb edir və bu, P istehsalında mükəmməllik nümayiş etdirir. -tipli SiC substratları (Cədvəl 3) [33, 34].
Şəkil 3: Üç dominant SiC monokristal inkişaf texnikasının sxematik təsviri: (a) maye faza epitaksisi; (b) fiziki buxar nəqli; (c) yüksək temperaturda kimyəvi buxarın çökməsi
Cədvəl 3: SiC tək kristallarının böyüməsi üçün LPE, PVT və HTCVD-nin müqayisəsi [33, 34]
Məhlul artımı mürəkkəb yarımkeçiricilərin hazırlanması üçün standart texnologiyadır [36]. 1960-cı illərdən bəri tədqiqatçılar məhlulda kristal hazırlamağa cəhd etdilər [37]. Texnologiya işlənib hazırlandıqdan sonra böyümə səthinin supersaturasiyası yaxşı idarə oluna bilər ki, bu da həll metodunu yüksək keyfiyyətli monokristal külçələrinin alınması üçün perspektivli texnologiyaya çevirir.
SiC monokristalının məhlul artımı üçün Si mənbəyi yüksək təmiz Si əriməsindən qaynaqlanır, qrafit pota isə ikili məqsədlərə xidmət edir: qızdırıcı və C həlledici mənbəyi. SiC monokristallarının C və Si nisbəti 1-ə yaxın olduqda ideal stokiometrik nisbətdə böyümə ehtimalı daha yüksəkdir, bu da daha aşağı qüsur sıxlığını göstərir [28]. Bununla belə, atmosfer təzyiqində SiC ərimə nöqtəsi göstərmir və təxminən 2000 °C-dən çox buxarlanma temperaturu ilə birbaşa parçalanır. SiC əriyir, nəzəri gözləntilərə görə, yalnız şiddətli altında formalaşa bilər Si-C binar faza diaqramından (Şəkil 4) ki, temperatur gradienti və həll sistemi ilə görünür. Si əriməsində C nə qədər yüksəkdir 1at.%-dən 13at.%-ə qədər dəyişir. Hərəkət edən C həddindən artıq doyma, böyümə sürəti bir o qədər sürətli olur, böyümənin aşağı C qüvvəsi isə 109 Pa təzyiq və 3200 °C-dən yuxarı temperaturda üstünlük təşkil edən C supersaturasiyasıdır. O, supersaturasiya hamar səth əmələ gətirə bilər [22, 36-38]. 1400 ilə 2800 °C arasında olan temperaturda, C-nin Si əriməsində həllolma qabiliyyəti 1at.%-dən 13at.%-ə qədər dəyişir. Artımın hərəkətverici qüvvəsi temperatur qradiyenti və məhlul sisteminin üstünlük təşkil etdiyi C supersaturasiyasıdır. C supersaturasiyası nə qədər yüksəkdirsə, böyümə sürəti bir o qədər sürətli olur, aşağı C supersaturasiyası isə hamar səth yaradır [22, 36-38].
Şəkil 4: Si-C ikili faza diaqramı [40]
Dopinq keçid metal elementləri və ya nadir torpaq elementləri böyümə temperaturunu effektiv şəkildə azaltmaqla yanaşı, Si əriməsində karbonun həllini kəskin şəkildə yaxşılaşdırmağın yeganə yolu kimi görünür. Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- kimi keçid qrupu metallarının əlavə edilməsi. 80] və s. və ya nadir torpaq metalları, məsələn, Ce [81], Y [82], Sc və s. Si əriməsinə termodinamik tarazlığa yaxın vəziyyətdə karbonun həllolma qabiliyyətinin 50at.%-dən çox olmasına imkan verir. Bundan əlavə, LPE texnikası SiC-nin P-tipli dopinqi üçün əlverişlidir, buna Al-in ərintilərə daxil edilməsi ilə əldə edilə bilər.
həlledici [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Bununla belə, Al-ın daxil olması P tipli SiC monokristallarının müqavimətinin artmasına gətirib çıxarır [49, 56]. Azotun dopinqi altında N tipli böyümədən başqa,
məhlulun böyüməsi ümumiyyətlə inert qaz atmosferində davam edir. Helium (He) arqondan daha bahalı olsa da, daha az özlülüyünə və daha yüksək istilik keçiriciliyinə (arqondan 8 dəfə) görə bir çox alimlər tərəfindən bəyənilir [85]. 4H-SiC-də miqrasiya sürəti və Cr məzmunu He və Ar atmosferi altında oxşardır, burada sübut edilmişdir ki, toxum sahibinin daha çox istilik yayılması səbəbindən burada böyümə Ar altında böyümədən daha yüksək artım sürətindədir [68]. O, böyümüş kristalın daxilində boşluqların əmələ gəlməsinə və məhlulda spontan nüvələşməyə mane olur, bundan sonra hamar səth morfologiyası əldə etmək olar [86].
Bu məqalə SiC cihazlarının inkişafı, tətbiqləri və xüsusiyyətlərini və SiC monokristalının yetişdirilməsinin üç əsas üsulunu təqdim etdi. Növbəti bölmələrdə cari həllin böyüməsi üsulları və müvafiq əsas parametrlər nəzərdən keçirilmişdir. Nəhayət, həll üsulu ilə SiC monokristallarının kütləvi artımı ilə bağlı problemləri və gələcək işləri müzakirə edən bir dünyagörüşü təklif edildi.
Göndərmə vaxtı: 01 iyul 2024-cü il