Както е показано на фигура 3, има три доминиращи техники, целящи да осигурят SiC монокристал с високо качество и ефективност: епитаксия в течна фаза (LPE), физическо пренасяне на пари (PVT) и високотемпературно химическо отлагане на пари (HTCVD). PVT е добре установен процес за производство на SiC монокристал, който се използва широко в големите производители на пластини.
И трите процеса обаче бързо се развиват и правят иновации. Все още не е възможно да се каже кой процес ще бъде широко разпространен в бъдеще. По-специално, през последните години се съобщава за висококачествен SiC монокристал, произведен чрез растеж на разтвор със значителна скорост, обемният растеж на SiC в течната фаза изисква по-ниска температура от тази на процеса на сублимация или отлагане и демонстрира високи постижения в производството на P -тип SiC субстрати (Таблица 3) [33, 34].
Фигура 3: Схема на три доминиращи техники за растеж на единични кристали SiC: (a) епитаксия в течна фаза; б) физически пренос на парите; в) високотемпературно химическо отлагане на пари
Таблица 3: Сравнение на LPE, PVT и HTCVD за отглеждане на монокристали SiC [33, 34]
Растежът на разтвора е стандартна технология за получаване на съставни полупроводници [36]. От 60-те години на миналия век изследователите се опитват да разработят кристал в разтвор [37]. След като технологията бъде разработена, пренасищането на растежната повърхност може да бъде добре контролирано, което прави метода на разтвора обещаваща технология за получаване на висококачествени монокристални блокове.
За растеж на монокристал SiC в разтвор, източникът на Si произлиза от стопилка с висока чистота на Si, докато графитният тигел служи за две цели: нагревател и източник на разтворено вещество C. Единичните кристали SiC са по-склонни да растат при идеалното стехиометрично съотношение, когато съотношението на C и Si е близо до 1, което показва по-ниска плътност на дефектите [28]. Въпреки това, при атмосферно налягане, SiC не показва точка на топене и се разлага директно чрез температури на изпаряване, надвишаващи около 2000 °C. SiC стопилките, според теоретичните очаквания, могат да се образуват само при тежки условия, както се вижда от двоичната фазова диаграма на Si-C (фиг. 4), която е при температурен градиент и система от разтвори. Колкото по-високо е C в стопилката Si варира от 1at.% до 13at.%. Движещото C свръхнасищане, толкова по-бърза е скоростта на растеж, докато ниската C сила на растежа е C свръхнасищане, което е доминирано налягане от 109 Pa и температури над 3200 °C. Пренасищането може да доведе до гладка повърхност [22, 36-38]. температури между 1400 и 2800 °C, разтворимостта на С в стопилката Si варира от 1at.% до 13at.%. Движещата сила на растежа е свръхнасищането с C, което е доминирано от температурния градиент и системата от разтвори. Колкото по-високо е свръхнасищането с C, толкова по-бърза е скоростта на растеж, докато ниското C свръхнасищане създава гладка повърхност [22, 36-38].
Фигура 4: Si-C двоична фазова диаграма [40]
Допирането на преходни метални елементи или редкоземни елементи не само ефективно понижава температурата на растеж, но изглежда е единственият начин за драстично подобряване на разтворимостта на въглерода в стопилката на Si. Добавянето на метали от преходната група, като Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80] и т.н. или редкоземни метали, като Ce [81], Y [82], Sc и т.н. към Si стопилката позволява разтворимостта на въглерода да надхвърли 50ат.% в състояние близко до термодинамичното равновесие. Освен това LPE техниката е благоприятна за P-тип легиране на SiC, което може да се постигне чрез легиране на Al в
разтворител [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Въпреки това, включването на Al води до увеличаване на съпротивлението на P-тип SiC монокристали [49, 56]. Освен N-тип растеж при азотно допиране,
растежът на разтвора обикновено протича в атмосфера на инертен газ. Въпреки че хелият (He) е по-скъп от аргона, той е предпочитан от много учени поради по-ниския му вискозитет и по-високата топлопроводимост (8 пъти повече от аргона) [85]. Скоростта на миграция и съдържанието на Cr в 4H-SiC са сходни при He и Ar атмосфера, доказано е, че растежът при Here води до по-висока скорост на растеж от растежа под Ar поради по-голямото разсейване на топлината на държача на зародиш [68]. Той възпрепятства образуването на кухини вътре в израсналия кристал и спонтанното зараждане в разтвора, след което може да се получи гладка повърхностна морфология [86].
Тази статия представя разработването, приложенията и свойствата на SiC устройствата и трите основни метода за отглеждане на SiC монокристал. В следващите раздели бяха прегледани текущите техники за растеж на решението и съответните ключови параметри. И накрая, беше предложена перспектива, която обсъжда предизвикателствата и бъдещите работи по отношение на обемния растеж на SiC монокристали чрез метод на разтвор.
Време на публикуване: 01 юли 2024 г