Fel y dangosir yn Ffig. 3, mae tair prif dechneg sy'n anelu at ddarparu grisial sengl SiC ag ansawdd uchel ac effeithlonrwydd: epitacsi cyfnod hylif (LPE), cludo anwedd corfforol (PVT), a dyddodiad anwedd cemegol tymheredd uchel (HTCVD). Mae PVT yn broses sydd wedi'i hen sefydlu ar gyfer cynhyrchu grisial sengl SiC, a ddefnyddir yn helaeth mewn gweithgynhyrchwyr wafferi mawr.
Fodd bynnag, mae pob un o'r tair proses yn datblygu ac yn arloesi'n gyflym. Nid yw'n bosibl gwybod eto pa broses a gaiff ei mabwysiadu'n eang yn y dyfodol. Yn arbennig, mae grisial sengl SiC o ansawdd uchel a gynhyrchir gan dwf datrysiadau ar gyfradd sylweddol wedi'i adrodd yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae twf swmp SiC yn y cyfnod hylif yn gofyn am dymheredd is na thymheredd y broses sychdarthiad neu ddyddodiad, ac mae'n dangos rhagoriaeth wrth gynhyrchu P. -type SiC swbstradau (Tabl 3) [33, 34].
Ffig. 3: Sgematig o dair techneg twf grisial sengl SiC dominyddol: (a) epitacsi cyfnod hylif; ( b ) cludo anwedd corfforol; (c) dyddodiad anwedd cemegol tymheredd uchel
Tabl 3: Cymhariaeth o LPE, PVT a HTCVD ar gyfer tyfu crisialau sengl SiC [33, 34]
Mae twf datrysiadau yn dechnoleg safonol ar gyfer paratoi lled-ddargludyddion cyfansawdd [36]. Ers y 1960au, mae ymchwilwyr wedi ceisio datblygu grisial mewn hydoddiant [37]. Ar ôl i'r dechnoleg gael ei datblygu, gellir rheoli gor-dirlawnder yr arwyneb twf yn dda, sy'n gwneud y dull datrysiad yn dechnoleg addawol ar gyfer cael ingotau crisial sengl o ansawdd uchel.
Ar gyfer twf hydoddiant o grisial sengl SiC, mae'r ffynhonnell Si yn deillio o doddi Si pur iawn tra bod y crucible graffit yn gwasanaethu dibenion deuol: gwresogydd a ffynhonnell hydoddyn C. Mae crisialau sengl SiC yn fwy tebygol o dyfu o dan y gymhareb stoichiometrig ddelfrydol pan fo'r gymhareb C a Si yn agos at 1, gan nodi dwysedd diffyg is [28]. Fodd bynnag, ar bwysedd atmosfferig, nid yw SiC yn dangos unrhyw bwynt toddi ac mae'n dadelfennu'n uniongyrchol trwy dymheredd anweddu sy'n fwy na thua 2,000 °C. SiC toddi, yn ôl disgwyliadau damcaniaethol, dim ond yn cael ei ffurfio o dan difrifol i'w gweld o'r diagram cyfnod deuaidd Si-C (Ffig. 4) bod yn ôl graddiant tymheredd a system ateb. Po uchaf yw'r C yn y tawdd Si yn amrywio o 1at.% i 13at.%. Y gorddirlawniad gyrru C, y cyflymaf yw'r gyfradd twf, tra bod grym C isel y twf yn y gorddirlawniad C sy'n cael ei ddominyddu gan bwysau o 109 Pa a thymheredd uwch na 3,200 ° C. Gall supersaturation yn cynhyrchu arwyneb llyfn [22, 36-38]. tymheredd rhwng 1,400 a 2,800 ° C, hydoddedd C yn y toddi Si yn amrywio o 1at.% i 13at.%. Grym gyrru'r twf yw'r gorddirlawniad C sy'n cael ei ddominyddu gan raddiant tymheredd a system hydoddiant. Po uchaf yw'r supersaturation C, y cyflymaf yw'r gyfradd twf, tra bod supersaturation C isel yn cynhyrchu arwyneb llyfn [22, 36-38].
Ffig. 4: Diagram cyfnod deuaidd Si-C [40]
Mae dopio elfennau metel trosiannol neu elfennau daear prin nid yn unig yn lleihau'r tymheredd twf i bob pwrpas ond mae'n ymddangos mai dyma'r unig ffordd i wella hydoddedd carbon mewn toddi Si yn sylweddol. Ychwanegu metelau grŵp pontio, megis Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80], ac ati neu fetelau daear prin, megis Ce [81], Y [82], Sc, ac ati i'r toddi Si yn caniatáu i'r hydoddedd carbon fod yn fwy na 50at.% mewn cyflwr sy'n agos at ecwilibriwm thermodynamig. At hynny, mae techneg LPE yn ffafriol ar gyfer dopio math P o SiC, y gellir ei gyflawni trwy aloi Al i mewn i'r
hydoddydd [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Fodd bynnag, mae ymgorffori Al yn arwain at gynnydd yng ngwrthedd crisialau sengl SiC math P [49, 56]. Ar wahân i dwf math N o dan dopio nitrogen,
yn gyffredinol mae twf datrysiadau yn mynd rhagddo mewn awyrgylch nwy anadweithiol. Er bod heliwm (He) yn ddrutach nag argon, mae llawer o ysgolheigion yn ei ffafrio oherwydd ei gludedd is a'i ddargludedd thermol uwch (8 gwaith o argon) [85]. Mae'r gyfradd ymfudo a chynnwys Cr yn 4H-SiC yn debyg o dan atmosffer He ac Ar, profir bod twf o dan Heresults mewn cyfradd twf uwch na thwf o danAr oherwydd gwasgariad gwres mwy y deiliad hadau [68]. Mae'n rhwystro ffurfio gwagleoedd y tu mewn i'r grisial wedi'i dyfu a chnewyllyn digymell yn yr ateb, yna, gellir cael morffoleg arwyneb llyfn [86].
Cyflwynodd y papur hwn ddatblygiad, cymwysiadau a phriodweddau dyfeisiau SiC, a'r tri phrif ddull ar gyfer tyfu crisial sengl SiC. Yn yr adrannau canlynol, adolygwyd y technegau twf datrysiad presennol a pharamedrau allweddol cyfatebol. Yn olaf, cynigiwyd rhagolwg a oedd yn trafod yr heriau a gwaith yn y dyfodol o ran twf swmp crisialau sengl SiC trwy ddull datrysiad.
Amser postio: Gorff-01-2024