ફિગ. 3 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, ઉચ્ચ ગુણવત્તા અને કાર્યક્ષમતા સાથે SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ પ્રદાન કરવા માટે ત્રણ પ્રબળ તકનીકો છે: લિક્વિડ ફેઝ એપિટાક્સી (LPE), ભૌતિક વરાળ પરિવહન (PVT), અને ઉચ્ચ-તાપમાન રાસાયણિક વરાળ ડિપોઝિશન (HTCVD). PVT એ SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલના ઉત્પાદન માટે સુસ્થાપિત પ્રક્રિયા છે, જે મોટા વેફર ઉત્પાદકોમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે.
જો કે, ત્રણેય પ્રક્રિયાઓ ઝડપથી વિકાસ પામી રહી છે અને નવીનતા લાવી રહી છે. ભવિષ્યમાં કઈ પ્રક્રિયા વ્યાપકપણે અપનાવવામાં આવશે તે હજુ સુધી શક્ય નથી. ખાસ કરીને, નોંધપાત્ર દરે સોલ્યુશન વૃદ્ધિ દ્વારા ઉત્પાદિત ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળી SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ તાજેતરના વર્ષોમાં નોંધવામાં આવી છે, પ્રવાહી તબક્કામાં SiC જથ્થાબંધ વૃદ્ધિ માટે સબલિમેશન અથવા ડિપોઝિશન પ્રક્રિયા કરતા નીચા તાપમાનની જરૂર છે, અને તે P ઉત્પાદનમાં શ્રેષ્ઠતા દર્શાવે છે. -ટાઈપ SiC સબસ્ટ્રેટ્સ (કોષ્ટક 3) [33, 34].
ફિગ. 3: ત્રણ પ્રભાવશાળી SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ વૃદ્ધિ તકનીકોની યોજનાકીય: (a) લિક્વિડ ફેઝ એપિટાક્સી; (b) ભૌતિક વરાળ પરિવહન; (c) ઉચ્ચ-તાપમાન રાસાયણિક વરાળનું સંચય
કોષ્ટક 3: SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ ઉગાડવા માટે LPE, PVT અને HTCVD ની સરખામણી [33, 34]
સોલ્યુશન ગ્રોથ એ કમ્પાઉન્ડ સેમિકન્ડક્ટર્સ [36] તૈયાર કરવા માટેની પ્રમાણભૂત તકનીક છે. 1960ના દાયકાથી, સંશોધકોએ દ્રાવણમાં સ્ફટિક વિકસાવવાનો પ્રયાસ કર્યો છે [37]. એકવાર ટેક્નોલોજી વિકસિત થઈ જાય પછી, વૃદ્ધિની સપાટીના સુપરસેચ્યુરેશનને સારી રીતે નિયંત્રિત કરી શકાય છે, જે ઉકેલ પદ્ધતિને ઉચ્ચ ગુણવત્તાની સિંગલ ક્રિસ્ટલ ઇંગોટ્સ મેળવવા માટે એક આશાસ્પદ તકનીક બનાવે છે.
SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલના સોલ્યુશન વૃદ્ધિ માટે, Si સ્ત્રોત અત્યંત શુદ્ધ Si ઓગળે છે જ્યારે ગ્રેફાઇટ ક્રુસિબલ દ્વિ હેતુઓ પૂરા પાડે છે: હીટર અને C દ્રાવ્ય સ્ત્રોત. જ્યારે C અને Si નો ગુણોત્તર 1 ની નજીક હોય ત્યારે આદર્શ સ્ટોઇકિયોમેટ્રિક ગુણોત્તર હેઠળ SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ્સ વધવાની શક્યતા વધુ હોય છે, જે ઓછી ખામી ઘનતા [28] સૂચવે છે. જો કે, વાતાવરણીય દબાણ પર, SiC કોઈ ગલનબિંદુ બતાવતું નથી અને લગભગ 2,000 °C થી વધુ તાપમાને બાષ્પીભવન દ્વારા સીધું વિઘટન થાય છે. SiC ઓગળે છે, સૈદ્ધાંતિક અપેક્ષાઓ અનુસાર, માત્ર તીવ્ર હેઠળ જ રચના કરી શકાય છે તે Si-C દ્વિસંગી તબક્કા ડાયાગ્રામ (ફિગ. 4) પરથી જોઈ શકાય છે જે તાપમાનના ઢાળ અને ઉકેલ પ્રણાલી દ્વારા થાય છે. Si મેલ્ટમાં C જેટલું ઊંચું છે તે 1at.% થી 13at.% સુધી બદલાય છે. ડ્રાઇવિંગ C સુપરસેચ્યુરેશન, વૃદ્ધિ દર જેટલો ઝડપી છે, જ્યારે વૃદ્ધિનું નીચું C બળ એ C સુપરસેચ્યુરેશન છે જે 109 Paનું દબાણ અને 3,200 °C થી વધુ તાપમાન ધરાવે છે. તે સુપરસેચ્યુરેશન એક સરળ સપાટી [22, 36-38] પેદા કરી શકે છે. તાપમાન 1,400 અને 2,800 °C વચ્ચે, Si મેલ્ટમાં C ની દ્રાવ્યતા 1at.% થી 13at.% સુધી બદલાય છે. વૃદ્ધિનું પ્રેરક બળ એ C સુપરસેચ્યુરેશન છે જે તાપમાનના ઢાળ અને ઉકેલ પ્રણાલી દ્વારા પ્રભુત્વ ધરાવે છે. C સુપરસેચ્યુરેશન જેટલું ઊંચું છે, તેટલો ઝડપી વૃદ્ધિ દર, જ્યારે નીચા C સુપરસેચ્યુરેશન એક સરળ સપાટી પેદા કરે છે [22, 36-38].
ફિગ. 4: Si-C બાઈનરી ફેઝ ડાયાગ્રામ [40]
ડોપિંગ ટ્રાન્ઝિશન મેટલ એલિમેન્ટ્સ અથવા રેર-અર્થ એલિમેન્ટ્સ માત્ર વૃદ્ધિના તાપમાનને અસરકારક રીતે ઘટાડતા નથી પરંતુ Si મેલ્ટમાં કાર્બન દ્રાવ્યતામાં ધરખમ સુધારો કરવાનો એકમાત્ર રસ્તો લાગે છે. સંક્રમણ જૂથની ધાતુઓનો ઉમેરો, જેમ કે Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80], વગેરે અથવા દુર્લભ પૃથ્વીની ધાતુઓ, જેમ કે Ce [81], Y [82], Sc, વગેરે Si ગલન થર્મોડાયનેમિક સમતુલાની નજીકની સ્થિતિમાં કાર્બનની દ્રાવ્યતા 50at.% થી વધી જાય છે. તદુપરાંત, એલપીઇ ટેકનિક SiC ના પી-ટાઈપ ડોપિંગ માટે અનુકૂળ છે, જે Al એલોય કરીને પ્રાપ્ત કરી શકાય છે
દ્રાવક [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. જો કે, અલનો સમાવેશ પી-ટાઈપ SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ્સ [49, 56] ની પ્રતિકારકતામાં વધારો તરફ દોરી જાય છે. નાઈટ્રોજન ડોપિંગ હેઠળ એન-ટાઈપ વૃદ્ધિ ઉપરાંત,
સોલ્યુશન વૃદ્ધિ સામાન્ય રીતે નિષ્ક્રિય ગેસ વાતાવરણમાં આગળ વધે છે. હિલીયમ (He) આર્ગોન કરતાં વધુ ખર્ચાળ હોવા છતાં, તેની નીચી સ્નિગ્ધતા અને ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા (આર્ગોનના 8 ગણા) [85]ને કારણે ઘણા વિદ્વાનો દ્વારા તેની તરફેણ કરવામાં આવે છે. 4H-SiC માં સ્થળાંતર દર અને Cr સામગ્રી He અને Ar વાતાવરણમાં સમાન છે, તે સાબિત થયું છે કે બીજ ધારક [68]ના મોટા ઉષ્માના વિસર્જનને કારણે Ar હેઠળ વૃદ્ધિ કરતાં વધુ વૃદ્ધિ દરમાં પરિણમે છે. તે ઉગાડવામાં આવેલા સ્ફટિકની અંદર ખાલીપોની રચના અને દ્રાવણમાં સ્વયંસ્ફુરિત ન્યુક્લિએશનને અવરોધે છે, પછી, એક સરળ સપાટી આકારવિજ્ઞાન મેળવી શકાય છે [86].
આ પેપરમાં SiC ઉપકરણોના વિકાસ, એપ્લિકેશન અને ગુણધર્મો અને SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ ઉગાડવાની ત્રણ મુખ્ય પદ્ધતિઓ રજૂ કરવામાં આવી છે. નીચેના વિભાગોમાં, વર્તમાન ઉકેલ વૃદ્ધિ તકનીકો અને અનુરૂપ મુખ્ય પરિમાણોની સમીક્ષા કરવામાં આવી હતી. છેલ્લે, એક દૃષ્ટિકોણ પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યો હતો જેમાં ઉકેલ પદ્ધતિ દ્વારા SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ્સની બલ્ક વૃદ્ધિ સંબંધિત પડકારો અને ભાવિ કાર્યોની ચર્ચા કરવામાં આવી હતી.
પોસ્ટ સમય: જુલાઈ-01-2024