Nagu on näidatud joonisel 3, on kolm domineerivat tehnikat, mille eesmärk on pakkuda kõrge kvaliteedi ja tõhususega SiC monokristalli: vedelfaasi epitaksia (LPE), füüsikaline aurutransport (PVT) ja kõrgtemperatuuriline keemiline aurustamine-sadestamine (HTCVD). PVT on väljakujunenud protsess SiC monokristallide tootmiseks, mida kasutatakse laialdaselt suuremates vahvlitootjates.
Kõik kolm protsessi on aga kiiresti arenevad ja uuenduslikud. Veel ei ole võimalik kindlaks teha, milline protsess tulevikus laialdaselt kasutusele võetakse. Eelkõige on viimastel aastatel teatatud kõrgekvaliteedilistest SiC monokristallidest, mis on toodetud lahuse kasvu märkimisväärse kiirusega, ränikarbiidi massikasv vedelas faasis nõuab madalamat temperatuuri kui sublimatsiooni- või sadestamisprotsessil ning see näitab suurepäraseid P tootmisel. -tüüpi SiC substraadid (tabel 3) [33, 34].
Joonis 3: Skeem kolmest domineerivast SiC monokristalli kasvatamise tehnikast: (a) vedelfaasi epitaksia; b) füüsiline aurutransport; c) kõrgtemperatuuriline keemiline aurustamine-sadestamine
Tabel 3: LPE, PVT ja HTCVD võrdlus SiC monokristallide kasvatamiseks [33, 34]
Lahuse kasvatamine on standardtehnoloogia liitpooljuhtide valmistamiseks [36]. Alates 1960. aastatest on teadlased püüdnud arendada kristalli lahuses [37]. Kui tehnoloogia on välja töötatud, saab kasvupinna üleküllastumist hästi kontrollida, mis muudab lahendusmeetodi paljutõotavaks tehnoloogiaks kvaliteetsete monokristallkankide saamiseks.
SiC monokristallide lahuses kasvatamiseks pärineb Si allikas väga puhtast Si sulamist, samas kui grafiittiigel on kahel eesmärgil: soojendaja ja C lahustunud aine allikas. SiC monokristallid kasvavad tõenäolisemalt ideaalse stöhhiomeetrilise suhte all, kui C ja Si suhe on 1 lähedal, mis näitab väiksemat defektide tihedust [28]. Kuid atmosfäärirõhul ei näita SiC sulamistemperatuuri ja laguneb otse aurustumistemperatuuridel, mis ületavad umbes 2000 °C. Si-C binaarfaasi diagrammilt (joonis 4) nähtub, et teoreetiliste ootuste kohaselt võivad ränikarbiidi sulad tekkida ainult rasketel temperatuuridel ja lahuse süsteemil. Mida kõrgem C on Si sulamis, varieerub vahemikus 1 at.% kuni 13 at.%. C-üleküllastust juhtiv, seda kiirem on kasvukiirus, samas kui kasvu madal C-jõud on C-üleküllastus, mille rõhk on 109 Pa ja temperatuur üle 3200 °C. See võib üleküllastus annab sileda pinna [22, 36-38]. temperatuur on vahemikus 1400 kuni 2800 °C, C lahustuvus Si sulatis varieerub vahemikus 1at.% kuni 13at.%. Kasvu liikumapanevaks jõuks on C üleküllastus, milles domineerivad temperatuurigradient ja lahuste süsteem. Mida kõrgem on C üleküllastus, seda kiirem on kasvukiirus, samas kui madal C üleküllastus annab sileda pinna [22, 36-38].
Joonis 4: Si-C kahendfaasi diagramm [40]
Siirdemetallide või haruldaste muldmetallide elementide doping mitte ainult ei vähenda tõhusalt kasvutemperatuuri, vaid näib olevat ainus viis süsiniku lahustuvuse järsuks parandamiseks Si sulatis. Siirderühma metallide lisamine, nagu Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80] jne või haruldased muldmetallid, nagu Ce [81], Y [82], Sc jne. Si sulatis võimaldab süsiniku lahustuvust ületada 50at.% termodünaamilisele tasakaalule lähedases olekus. Lisaks on LPE tehnika soodne SiC P-tüüpi dopinguks, mida saab saavutada Al-i legeerimisega
lahusti [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Al-i lisamine põhjustab aga P-tüüpi SiC monokristallide eritakistuse suurenemist [49, 56]. Peale N-tüüpi kasvu lämmastiku dopingu all,
lahuse kasv toimub tavaliselt inertgaasi atmosfääris. Kuigi heelium (He) on kallim kui argoon, eelistavad paljud teadlased seda madalama viskoossuse ja kõrgema soojusjuhtivuse (8 korda argooni) tõttu [85]. Migratsioonikiirus ja Cr-sisaldus 4H-SiC-s on He ja Ar atmosfääris sarnased, on tõestatud, et Heresi all olev kasv põhjustab seemnehoidja suurema soojuse hajumise tõttu suurema kasvukiiruse kui kasv Ar all [68]. See takistab tühimike teket kasvanud kristalli sees ja spontaanset tuumade moodustumist lahuses, siis on võimalik saada sileda pinna morfoloogia [86].
Selles artiklis tutvustati ränikarbiidi seadmete arengut, rakendusi ja omadusi ning kolme peamist meetodit ränikarbiidi monokristallide kasvatamiseks. Järgmistes osades vaadati üle praegused lahenduste kasvutehnikad ja vastavad põhiparameetrid. Lõpuks pakuti välja väljavaade, mis arutas väljakutseid ja tulevasi töid, mis on seotud SiC monokristallide massilise kasvuga lahusmeetodi abil.
Postitusaeg: 01.07.2024