Kao što je prikazano na slici 3, postoje tri dominantne tehnike koje imaju za cilj da obezbede SiC monokristal visokog kvaliteta i efikasnosti: epitaksija tečne faze (LPE), fizički transport pare (PVT) i visokotemperaturno hemijsko taloženje pare (HTCVD). PVT je dobro uspostavljen proces za proizvodnju SiC monokristala, koji se široko koristi u velikim proizvođačima pločica.
Međutim, sva tri procesa se brzo razvijaju i inoviraju. Još nije moguće utvrditi koji će proces biti široko prihvaćen u budućnosti. Konkretno, posljednjih godina zabilježen je visokokvalitetni SiC monokristal proizveden rastom otopine velikom brzinom, rast SiC u tečnoj fazi zahtijeva nižu temperaturu od one u procesu sublimacije ili taloženja, i pokazuje izvrsnost u proizvodnji P -tip SiC supstrata (tablica 3) [33, 34].
Slika 3: Šema tri dominantne tehnike rasta monokristala SiC: (a) epitaksija u tečnoj fazi; (b) fizički transport pare; (c) visokotemperaturno hemijsko taloženje pare
Tabela 3: Poređenje LPE, PVT i HTCVD za uzgoj SiC monokristala [33, 34]
Rast rastvora je standardna tehnologija za pripremu složenih poluprovodnika [36]. Od 1960-ih, istraživači su pokušavali razviti kristal u otopini [37]. Kada se tehnologija razvije, prezasićenost površine rasta može se dobro kontrolirati, što metodu rješenja čini obećavajućom tehnologijom za dobivanje visokokvalitetnih monokristalnih ingota.
Za rast rastvora SiC monokristala, izvor Si potiče od visoko čistog Si taline, dok grafitni lončić služi dvostrukoj nameni: grejač i izvor C rastvora. Vjerojatnije je da će monokristali SiC rasti ispod idealnog stehiometrijskog omjera kada je omjer C i Si blizu 1, što ukazuje na manju gustoću defekata [28]. Međutim, pri atmosferskom pritisku, SiC ne pokazuje tačku topljenja i razlaže se direktno na temperaturama isparavanja koje prelaze oko 2.000 °C. Taline SiC, prema teorijskim očekivanjima, mogu se formirati samo pod jakim što se vidi iz Si-C binarnog faznog dijagrama (slika 4) i pri temperaturnom gradijentu i sistemu rastvora. Što je viši C u topljenju Si, varira od 1at.% do 13at.%. Pokretačka prezasićenost C, brža je brzina rasta, dok je niska C sila rasta C prezasićenost koja dominira pritiskom od 109 Pa i temperaturama iznad 3.200 °C. Može prezasićenje proizvodi glatku površinu [22, 36-38]. Temperature između 1.400 i 2.800 °C, rastvorljivost C u topljenju Si varira od 1at.% do 13at.%. Pokretačka snaga rasta je C prezasićenost kojom dominiraju temperaturni gradijent i sistem rastvora. Što je veća prezasićenost C, to je brža stopa rasta, dok niska prezasićenost C proizvodi glatku površinu [22, 36-38].
Slika 4: Si-C binarni fazni dijagram [40]
Dopiranje elemenata prelaznih metala ili elemenata retkih zemalja ne samo da efikasno snižavaju temperaturu rasta, već se čini da je to jedini način da se drastično poboljša rastvorljivost ugljenika u topljenju Si. Dodatak metala prelazne grupe, kao što su Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80], itd. ili rijetkih zemnih metala, kao što su Ce [81], Y [82], Sc, itd. u topljenju Si omogućava topljivost ugljika da premaši 50at.% u stanju blizu termodinamičke ravnoteže. Štaviše, LPE tehnika je povoljna za dopiranje SiC-a P-tipa, što se može postići legiranjem Al u
rastvarač [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Međutim, ugradnja Al dovodi do povećanja otpornosti P-tipa SiC monokristala [49, 56]. Osim rasta N-tipa pod dopiranjem dušikom,
rast rastvora se uglavnom odvija u atmosferi inertnog gasa. Iako je helijum (He) skuplji od argona, mnogi znanstvenici ga favoriziraju zbog njegovog nižeg viskoziteta i veće toplinske provodljivosti (8 puta od argona) [85]. Brzina migracije i sadržaj Cr u 4H-SiC su slični u atmosferi He i Ar, dokazano je da rast pod Here rezultira većom stopom rasta od rasta pod Ar zbog veće disipacije topline držača sjemena [68]. On onemogućava nastanak šupljina unutar izraslog kristala i spontanu nukleaciju u otopini, a zatim se može dobiti glatka morfologija površine [86].
Ovaj rad je predstavio razvoj, primjenu i svojstva SiC uređaja, te tri glavne metode za uzgoj SiC monokristala. U narednim odjeljcima, pregledane su trenutne tehnike rasta rješenja i odgovarajući ključni parametri. Konačno, predložena je perspektiva koja govori o izazovima i budućim radovima u vezi sa masovnim rastom SiC monokristala metodom rješenja.
Vrijeme objave: Jul-01-2024