Jak je znázorněno na obr. 3, existují tři dominantní techniky, jejichž cílem je poskytnout monokrystal SiC s vysokou kvalitou a účinností: epitaxe v kapalné fázi (LPE), fyzikální transport par (PVT) a vysokoteplotní chemická depozice z par (HTCVD). PVT je dobře zavedený proces výroby monokrystalu SiC, který je široce používán u hlavních výrobců waferů.
Všechny tři procesy se však rychle vyvíjejí a inovují. Zatím není možné odhadnout, který proces bude v budoucnu široce přijat. Zejména vysoce kvalitní monokrystal SiC produkovaný značným tempem růstu roztoku byl v posledních letech hlášen, objemový růst SiC v kapalné fázi vyžaduje nižší teplotu, než je teplota sublimačního nebo depozičního procesu, a prokazuje excelenci při výrobě P SiC substráty -typu (tab. 3) [33, 34].
Obr. 3: Schéma tří dominantních technik růstu monokrystalů SiC: (a) epitaxe v kapalné fázi; b) fyzický transport par; c) vysokoteplotní chemická depozice z par
Tabulka 3: Srovnání LPE, PVT a HTCVD pro pěstování monokrystalů SiC [33, 34]
Růst roztoku je standardní technologií pro přípravu složených polovodičů [36]. Od 60. let 20. století se výzkumníci pokoušeli vyvinout krystal v roztoku [37]. Jakmile je technologie vyvinuta, lze dobře kontrolovat přesycení růstového povrchu, což z metody řešení dělá slibnou technologii pro získání vysoce kvalitních monokrystalických ingotů.
Pro růst monokrystalu SiC v roztoku zdroj Si pochází z vysoce čisté taveniny Si, zatímco grafitový kelímek slouží dvojím účelům: ohřívač a zdroj rozpuštěného C. Monokrystaly SiC pravděpodobně porostou při ideálním stechiometrickém poměru, když se poměr C a Si blíží 1, což ukazuje na nižší hustotu defektů [28]. Při atmosférickém tlaku však SiC nevykazuje žádný bod tání a rozkládá se přímo prostřednictvím odpařovacích teplot přesahujících přibližně 2 000 °C. Taveniny SiC, podle teoretických předpokladů, mohou vznikat pouze za nepříznivých podmínek, jak je vidět z binárního fázového diagramu Si-C (obr. 4), při teplotním gradientu a systému roztoku. Čím vyšší je C v tavenině Si, pohybuje se od 1 at.% do 13at.%. Hnací přesycení C, tím rychlejší je rychlost růstu, zatímco nízká C síla růstu je přesycení C, kterému dominuje tlak 109 Pa a teploty nad 3200 °C. Jeho přesycení vytváří hladký povrch [22, 36-38]. teploty mezi 1 400 a 2 800 °C se rozpustnost C v tavenině Si pohybuje od 1 at.% do 13 at.%. Hnací silou růstu je přesycení C, kterému dominuje teplotní gradient a systém roztoku. Čím vyšší je přesycení C, tím rychlejší je rychlost růstu, zatímco nízké přesycení C vytváří hladký povrch [22, 36-38].
4: Si-C binární fázový diagram [40] Obr.
Dopování prvků přechodných kovů nebo prvků vzácných zemin nejen účinně snižuje teplotu růstu, ale zdá se, že je to jediný způsob, jak drasticky zlepšit rozpustnost uhlíku v tavenině Si. Přidání kovů přechodné skupiny, jako je Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80] atd. nebo kovy vzácných zemin, jako je Ce [81], Y [82], Sc atd. do taveniny Si umožňuje, aby rozpustnost uhlíku přesáhla 50 at. % ve stavu blízkém termodynamické rovnováze. Technika LPE je navíc příznivá pro dopování SiC typu P, kterého lze dosáhnout legováním Al do
rozpouštědlo [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Inkorporace Al však vede ke zvýšení měrného odporu monokrystalů SiC typu P [49, 56]. Kromě růstu typu N pod dopingem dusíku,
růst roztoku obecně probíhá v atmosféře inertního plynu. I když je helium (He) dražší než argon, je upřednostňováno mnoha vědci kvůli jeho nižší viskozitě a vyšší tepelné vodivosti (8násobek argonu) [85]. Rychlost migrace a obsah Cr v 4H-SiC jsou v atmosféře He a Ar podobné, je prokázáno, že růst pod Heres má za následek vyšší rychlost růstu než růst pod Ar v důsledku většího rozptylu tepla držáku semen [68]. Brání tvorbě dutin uvnitř rostoucího krystalu a spontánní nukleaci v roztoku, pak lze získat hladkou povrchovou morfologii [86].
Tento článek představil vývoj, aplikace a vlastnosti součástek SiC a tři hlavní metody pro pěstování monokrystalu SiC. V následujících částech byly přezkoumány současné techniky růstu řešení a odpovídající klíčové parametry. Nakonec byl navržen výhled, který diskutoval o výzvách a budoucích pracích týkajících se hromadného růstu monokrystalů SiC pomocí metody roztoku.
Čas odeslání: Červenec-01-2024