Як паказана на малюнку 3, існуюць тры дамінантныя метады, накіраваныя на забеспячэнне высокай якасці і эфектыўнасці монакрышталя SiC: вадкасная эпітаксія (LPE), фізічны транспарт пароў (PVT) і высокатэмпературнае хімічнае асаджэнне з пароў (HTCVD). PVT - гэта добра наладжаны працэс вытворчасці монакрышталя SiC, які шырока выкарыстоўваецца ў буйных вытворцах пласцін.
Аднак усе тры працэсы хутка развіваюцца і інавацыі. Пакуль немагчыма сказаць, які працэс атрымае шырокае распаўсюджванне ў будучыні. У прыватнасці, у апошнія гады паведамлялася, што высакаякасны монакрышталь SiC, атрыманы шляхам росту раствора са значнай хуткасцю, аб'ёмны рост SiC у вадкай фазе патрабуе больш нізкай тэмпературы, чым у працэсе сублімацыі або асаджэння, і гэта дэманструе дасканаласць у вытворчасці P падкладкі SiC тыпу (табл. 3) [33, 34].
Малюнак 3: Схема трох дамінуючых метадаў росту монакрышталяў SiC: (а) вадкасная эпітаксія; (b) фізічны перанос пары; (с) высокатэмпературнае хімічнае асаджэнне з паравой фазы
Табліца 3: Параўнанне LPE, PVT і HTCVD для вырошчвання монакрышталяў SiC [33, 34]
Вырошчванне раствора з'яўляецца стандартнай тэхналогіяй для атрымання складаных паўправаднікоў [36]. З 1960-х гадоў даследчыкі спрабавалі распрацаваць крышталь у растворы [37]. Пасля распрацоўкі тэхналогіі можна добра кантраляваць перанасычэнне паверхні росту, што робіць метад раствора перспектыўнай тэхналогіяй для атрымання высакаякасных монакрышталічных зліткаў.
Для вырошчвання монакрышталя SiC з раствора крыніца Si паходзіць з расплаву Si з высокай чысцінёй, у той час як графітавы тыгель выконвае двайныя мэты: награвальнік і крыніца растворанага C. Монакрышталі SiC з большай верагоднасцю растуць пры ідэальным стэхіаметрычным суадносінах, калі суадносіны C і Si блізкія да 1, што паказвае на меншую шчыльнасць дэфектаў [28]. Аднак пры атмасферным ціску SiC не мае тэмпературы плаўлення і раскладаецца непасрэдна праз выпарэнне пры тэмпературы, якая перавышае каля 2000 °C. Згодна з тэарэтычнымі чаканнямі, расплавы SiC могуць утварацца толькі ў сур'ёзных умовах, як відаць з бінарнай фазавай дыяграмы Si-C (мал. 4), што пры градыенты тэмпературы і сістэме раствораў. Чым вышэй С у расплаве Si вар'іруецца ад 1 ат.% да 13 ат.%. Перанасычэнне С, тым больш хуткая хуткасць росту, у той час як нізкая сіла росту С - гэта перанасычэнне С, пры якім дамінуюць ціск 109 Па і тэмпература вышэй за 3200 °C. Гэта можа перанасычэнне стварае гладкую паверхню [22, 36-38]. тэмпературы паміж 1400 і 2800 °C, растваральнасць C у расплаве Si вар'іруецца ад 1at.% да 13at.%. Рухаючай сілай росту з'яўляецца перанасычэнне C, у якім дамінуюць градыент тэмпературы і сістэма раствора. Чым вышэй перанасычэнне C, тым хутчэй хуткасць росту, у той час як нізкае перанасычэнне C стварае гладкую паверхню [22, 36-38].
Мал. 4: бінарная фазавая дыяграма Si-C [40]
Даданне пераходных металічных элементаў або рэдказямельных элементаў не толькі эфектыўна зніжае тэмпературу росту, але, здаецца, з'яўляецца адзіным спосабам рэзка палепшыць растваральнасць вугляроду ў расплаве Si. Далучэнне металаў пераходнай групы, такіх як Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80] і г.д. або рэдказямельных металаў, такіх як Ce [81], Y [82], Sc і г.д., у расплаў Si дазваляе растваральнасці вугляроду перавышаць 50 ат.% у стане, блізкім да тэрмадынамічнай раўнавагі. Акрамя таго, тэхналогія LPE спрыяльная для легіравання SiC P-тыпу, што можа быць дасягнута шляхам легіравання Al у
растваральнік [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Аднак уключэнне Al прыводзіць да павелічэння ўдзельнага супраціўлення монакрышталяў SiC P-тыпу [49, 56]. Акрамя росту N-тыпу пры легіраванні азотам,
рост раствора звычайна адбываецца ў атмасферы інэртнага газу. Нягледзячы на тое, што гелій (He) даражэйшы за аргон, яго аддаюць перавагу многія навукоўцы з-за яго меншай глейкасці і больш высокай цеплаправоднасці (у 8 разоў больш аргону) [85]. Хуткасць міграцыі і ўтрыманне Cr у 4H-SiC падобныя ў атмасферах He і Ar, даказана, што рост у Heresults да больш высокай хуткасці росту, чым рост у Ar з-за большага рассейвання цяпла трымальніка затравкі [68]. Ён перашкаджае адукацыі пустэч унутры вырашчанага крышталя і самаадвольнай нуклеацыі ў растворы, тады можа быць атрымана гладкая марфалогія паверхні [86].
У гэтым артыкуле былі прадстаўлены распрацоўка, прымяненне і ўласцівасці прылад SiC, а таксама тры асноўныя метады вырошчвання монакрышталя SiC. У наступных раздзелах былі разгледжаны сучасныя метады росту рашэння і адпаведныя ключавыя параметры. Нарэшце, была прапанавана перспектыва, у якой абмяркоўваліся праблемы і будучыя работы, звязаныя з масавым вырошчваннем монакрышталяў SiC метадам раствора.
Час публікацыі: 1 ліпеня 2024 г