Com es mostra a la figura 3, hi ha tres tècniques dominants que tenen com a objectiu proporcionar un cristall únic de SiC amb alta qualitat i eficiència: epitaxia en fase líquida (LPE), transport físic de vapor (PVT) i deposició de vapor químic a alta temperatura (HTCVD). PVT és un procés ben establert per produir un monocristal SiC, que s'utilitza àmpliament en els principals fabricants d'hòsties.
Tanmateix, els tres processos estan evolucionant i innovant ràpidament. Encara no és possible determinar quin procés s'adoptarà àmpliament en el futur. En particular, en els darrers anys s'ha informat d'un monocristall de SiC d'alta qualitat produït pel creixement de la solució a un ritme considerable, el creixement massiu de SiC en la fase líquida requereix una temperatura més baixa que la del procés de sublimació o deposició, i demostra l'excel·lència en la producció de P. substrats de SiC de tipus (taula 3) [33, 34].
Fig. 3: Esquema de tres tècniques de creixement d'un sol cristall de SiC dominants: (a) epitaxia en fase líquida; (b) transport físic de vapor; (c) deposició de vapor químic a alta temperatura
Taula 3: Comparació de LPE, PVT i HTCVD per al creixement de cristalls únics de SiC [33, 34]
El creixement de la solució és una tecnologia estàndard per preparar semiconductors compostos [36]. Des de la dècada de 1960, els investigadors han intentat desenvolupar un cristall en solució [37]. Un cop desenvolupada la tecnologia, es pot controlar bé la sobresaturació de la superfície de creixement, la qual cosa fa que el mètode de solució sigui una tecnologia prometedora per obtenir lingots monocristalls d'alta qualitat.
Per al creixement de la solució de cristall únic de SiC, la font de Si prové de la fusió de Si molt pura, mentre que el gresol de grafit té un doble propòsit: escalfador i font de solut C. És més probable que els cristalls únics de SiC creixin sota la proporció estequiomètrica ideal quan la proporció de C i Si és propera a 1, cosa que indica una densitat de defecte més baixa [28]. Tanmateix, a pressió atmosfèrica, el SiC no mostra punt de fusió i es descompon directament mitjançant temperatures de vaporització que superen els 2.000 °C. Els fons de SiC, segons les expectatives teòriques, només es poden formar en condicions severes que es veuen des del diagrama de fases binàries Si-C (Fig. 4) que a través del gradient de temperatura i el sistema de solució. Com més alt sigui el C a la fosa de Si varia de l'1at.% al 13at.%. La sobresaturació C impulsora, més ràpida és la velocitat de creixement, mentre que la força C baixa del creixement és la sobresaturació C que domina una pressió de 109 Pa i temperatures per sobre de 3.200 °C. Pot la sobresaturació produeix una superfície llisa [22, 36-38].temperatures entre 1.400 i 2.800 °C, la solubilitat del C a la fosa de Si varia de l'1at.% al 13at.%. La força impulsora del creixement és la sobresaturació de C que està dominada pel gradient de temperatura i el sistema de solució. Com més gran és la sobresaturació de C, més ràpida és la velocitat de creixement, mentre que la sobresaturació de C baixa produeix una superfície llisa [22, 36-38].
Fig. 4: Diagrama de fase binari Si-C [40]
El dopatge d'elements metàl·lics de transició o elements de terres rares no només redueixen efectivament la temperatura de creixement, sinó que sembla ser l'única manera de millorar dràsticament la solubilitat del carboni en la fosa de Si. L'addició de metalls del grup de transició, com ara Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80], etc. o metalls de terres rares, com ara Ce [81], Y [82], Sc, etc. a la fusió de Si permet que la solubilitat del carboni sigui superar el 50at.% en un estat proper a l'equilibri termodinàmic. A més, la tècnica LPE és favorable per al dopatge de tipus P de SiC, que es pot aconseguir aliant Al al
dissolvent [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. No obstant això, la incorporació d'Al comporta un augment de la resistivitat dels cristalls simples de SiC de tipus P [49, 56]. A part del creixement de tipus N sota dopatge de nitrogen,
El creixement de la solució generalment es produeix en una atmosfera de gas inert. Tot i que l'heli (He) és més car que l'argó, és afavorit per molts estudiosos a causa de la seva menor viscositat i major conductivitat tèrmica (8 vegades d'argó) [85]. La taxa de migració i el contingut de Cr en 4H-SiC són similars a l'atmosfera d'He i Ar, està demostrat que el creixement sota Here resulta en una taxa de creixement més alta que el creixement sota Ar a causa de la major dissipació de calor del suport de llavors [68]. Impedeix la formació de buits dins del cristall crescut i la nucleació espontània a la solució, llavors es pot obtenir una morfologia de superfície llisa [86].
Aquest article va presentar el desenvolupament, les aplicacions i les propietats dels dispositius de SiC i els tres mètodes principals per fer créixer un monocristal de SiC. A les seccions següents, es van revisar les tècniques actuals de creixement de la solució i els paràmetres clau corresponents. Finalment, es va proposar una perspectiva que parlava dels reptes i treballs futurs pel que fa al creixement massiu de cristalls simples de SiC mitjançant el mètode de solució.
Hora de publicació: 01-jul-2024