As mustratu in Fig. 3, ci sò trè tecnichi duminanti chì mira à furnisce SiC unicu cristallu cù alta qualità è effciency: epitaxy phase liquid (LPE), trasportu di vapore fisicu (PVT), è dipositu di vapore chimicu high-temperature (HTCVD). PVT hè un prucessu ben stabilitu per a produzzione di cristalli unicu di SiC, chì hè largamente utilizatu in i principali fabricatori di wafer.
Tuttavia, tutti i trè prucessi sò in evoluzione rapida è innuvazione. Ùn hè ancu pussibule di sapè quale prucessu serà largamente aduttatu in u futuru. In particulare, un cristallu unicu di SiC d'alta qualità pruduttu da a crescita di suluzione à un ritmu considerableu hè statu signalatu in l'ultimi anni, a crescita di massa di SiC in a fase liquida richiede una temperatura più bassa di quella di u prucessu di sublimazione o di deposizione, è dimostra l'eccellenza in a produzzione di P. -type SiC substrati (Table 3) [33, 34].
Fig. 3: Schematic di trè tecniche dominanti di crescita di cristalli unichi SiC: (a) epitassi di fase liquida; (b) trasportu fisicu di vapore; (c) depositu di vapore chimicu à alta temperatura
Tabella 3: Comparazione di LPE, PVT è HTCVD per a crescita di cristalli unichi di SiC [33, 34]
A crescita di suluzione hè una tecnulugia standard per a preparazione di semiconduttori composti [36]. Dapoi l'anni 1960, i circadori anu pruvatu à sviluppà un cristallu in suluzione [37]. Quandu a tecnulugia hè sviluppata, a supersaturazione di a superficia di crescita pò esse cuntrullata bè, chì face u metudu di suluzione una tecnulugia prometente per ottene lingotti di cristalli unichi d'alta qualità.
Per a crescita di suluzione di SiC singlecrystal, a fonte di Si deriva da una fusione di Si altamente pura mentre u crucible di grafite serve duplice scopi: riscaldatore è fonte di solute C. I cristalli unichi di SiC sò più prubabile di cultivà sottu u rapportu stechiometricu ideale quandu u rapportu di C è Si hè vicinu à 1, chì indica una densità di difetti più bassa [28]. Tuttavia, à a pressione atmosferica, u SiC ùn mostra micca u puntu di fusione è si decompone direttamente via a temperatura di vaporizzazione chì supera circa 2 000 ° C. SiC melts, secondu à aspittà teorichi, pò esse furmatu solu sottu severi esse vistu da u diagramma di fasi binariu Si-C (Fig. 4) chì at by gradient temperature è sistema suluzione. U più altu u C in u Si melt varieghja da 1at.% à 13at.%. A supersaturazione C guida, u più veloce u ritmu di crescita, mentre chì a forza C bassu di a crescita hè a supersaturazione C chì hè duminata a pressione di 109 Pa è a temperatura sopra à 3200 ° C. Si pò supersaturation pruduci una superficia liscia [22, 36-38].temperature trà 1.400 è 2.800 ° C, a sulubilità di C in u Si melt varieghja da 1at.% à 13at.%. A forza motrice di a crescita hè a supersaturazione C chì hè duminata da u gradiente di temperatura è u sistema di suluzione. A più alta hè a supersaturazione C, u più veloce u ritmu di crescita, mentre chì a supersaturazione C bassu produce una superficia liscia [22, 36-38].
Fig. 4: Diagramma di fase binaria Si-C [40]
Elementi di metalli di transizione di doping o elementi di terra rara ùn sò micca solu effittivamenti abbassà a temperatura di crescita, ma pare esse l'unicu modu per migliurà drasticamente a solubilità di carbone in Si melt. L'aggiunta di metalli di gruppu di transizione, cum'è Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80], etc. o metalli di terra rara, cum'è Ce [81], Y [82], Sc, etc. à a fusione di Si permette a solubilità di carbone à supera u 50at.% in un statu vicinu à l'equilibriu termodinamicu. Inoltre, a tecnica LPE hè favurevule per u doping di SiC di tipu P, chì pò esse ottenuta da l'alliage di Al in u
solvente [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. In ogni casu, l'incorporazione di Al porta à un aumentu di a resistività di i cristalli unichi di SiC di tipu P [49, 56]. In più di a crescita di N-tipu sottu doping di nitrogenu,
A crescita di a suluzione prucede generalmente in una atmosfera di gas inerte. Ancu l'heliu (He) hè più caru di l'argon, hè favuritu da parechji studiosi per via di a so viscosità più bassa è di a conducibilità termale più alta (8 volte di l'argon) [85]. U ritmu di migrazione è u cuntenutu di Cr in 4H-SiC sò simili in l'atmosfera He è Ar, hè pruvata chì a crescita sottu Heresults in un ritmu di crescita più altu ch'è a crescita sottu Ar per via di a più grande dissipazione di calore di u titularu di sementi [68]. Impedisce a furmazione di vuoti in u cristallu cultivatu è a nucleazione spontanea in a suluzione, allora, una morfologia di superficia liscia pò esse ottenuta [86].
Stu documentu hà introduttu u sviluppu, l'applicazioni è e proprietà di i dispositi SiC, è i trè metudi principali per a crescita di cristalli SiC. In i seguenti sezzioni, i tecnichi di crescita di suluzione attuale è i paràmetri chjave currispondenti sò stati rivisiuti. Infine, una prospettiva hè stata pruposta chì hà discututu i sfidi è i travaglii futuri in quantu à a crescita in massa di cristalli unichi di SiC via u metudu di suluzione.
Postu tempu: Jul-01-2024