Amint a 3. ábrán látható, három domináns technika létezik, amelyek célja a SiC egykristály kiváló minősége és hatékonysága: folyadékfázisú epitaxia (LPE), fizikai gőztranszport (PVT) és magas hőmérsékletű kémiai gőzleválasztás (HTCVD). A PVT egy jól bevált eljárás a SiC egykristály előállítására, amelyet széles körben használnak a nagyobb lapkagyártók.
Mindhárom folyamat azonban gyorsan fejlődik és innovatív. Egyelőre nem lehet eldönteni, hogy a jövőben melyik eljárást fogják széles körben alkalmazni. Az utóbbi években különösen jelentős mennyiségű oldatban történő növekedéssel előállított, jó minőségű SiC egykristályról számoltak be, a szilícium-karbid ömlesztett növekedése a folyadékfázisban alacsonyabb hőmérsékletet igényel, mint a szublimációs vagy lerakódási folyamat, és ez kiváló P előállítást tesz lehetővé. -típusú SiC szubsztrátok (3. táblázat) [33, 34].
3. ábra: Három domináns SiC egykristály növesztési technika vázlata: (a) folyadékfázisú epitaxia; b) fizikai gőzszállítás; c) magas hőmérsékletű kémiai gőzleválasztás
3. táblázat: LPE, PVT és HTCVD összehasonlítása SiC egykristályok termesztésére [33, 34]
Az oldatnövelés szabványos technológia az összetett félvezetők előállítására [36]. Az 1960-as évek óta a kutatók kísérletet tettek egy kristály kifejlesztésére oldatban [37]. A technológia kidolgozása után a növekedési felület túltelítettsége jól szabályozható, ami a megoldási módszert ígéretes technológiává teszi a kiváló minőségű egykristály rúdok előállításához.
A szilícium-karbid egykristály oldatos növesztéséhez a Si-forrás nagy tisztaságú Si-olvadékból származik, míg a grafittégely kettős célt szolgál: melegítő és C oldott anyag forrás. A SiC egykristályok nagyobb valószínűséggel nőnek az ideális sztöchiometrikus arány alatt, ha a C és Si aránya közel 1, ami alacsonyabb hibasűrűséget jelez [28]. Atmoszférikus nyomáson azonban a SiC nem mutat olvadáspontot, és közvetlenül a 2000 °C körüli párolgási hőmérsékleten bomlik le. A SiC olvadékok az elméleti elvárások szerint csak súlyos körülmények között képződhetnek, a Si-C bináris fázisdiagramból (4. ábra) látható, hogy hőmérséklet-gradienssel és oldatrendszerrel. Minél magasabb a C a Si-olvadékban, az 1 at.% és 13 at.% között változik. A C-túltelítettség hajtóereje annál gyorsabb a növekedési sebesség, míg a növekedés alacsony C-ereje a C-túltelítettség, amelyet 109 Pa nyomás és 3200 °C feletti hőmérséklet ural. Túltelítettsége sima felületet eredményez [22, 36-38]. 1400 és 2800 °C közötti hőmérsékleten, a C oldhatósága a Si-olvadékban 1 at.% és 13 at.% között változik. A növekedés hajtóereje a C túltelítettség, amelyet a hőmérsékleti gradiens és az oldatrendszer ural. Minél nagyobb a C-túltelítettség, annál gyorsabb a növekedési ütem, míg az alacsony C-túltelítettség sima felületet eredményez [22, 36-38].
4. ábra: Si-C bináris fázisdiagram [40]
Az átmenetifém-elemek vagy ritkaföldfém-elemek doppingolása nemcsak hatékonyan csökkenti a növekedési hőmérsékletet, hanem úgy tűnik, hogy ez az egyetlen módja annak, hogy drasztikusan javítsák a szén oldhatóságát a Si-olvadékban. Átmeneti csoportba tartozó fémek hozzáadása, például Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80] stb. vagy ritkaföldfémek, mint például Ce [81], Y [82], Sc stb., a Si olvadék lehetővé teszi a szén oldhatóságának meghaladását 50at.% termodinamikai egyensúlyhoz közeli állapotban. Ezen túlmenően, az LPE technika kedvező a SiC P-típusú adalékolásához, amely Al ötvözésével érhető el.
oldószer [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Az Al beépülése azonban a P-típusú SiC egykristályok ellenállásának növekedéséhez vezet [49, 56]. Az N-típusú növekedéstől eltekintve nitrogénadalékolás mellett,
Az oldat növekedése általában inert gáz atmoszférában megy végbe. Bár a hélium (He) drágább, mint az argon, sok tudós kedveli alacsonyabb viszkozitása és magasabb hővezető képessége (8-szorosa az argonnak) miatt [85]. A 4H-SiC vándorlási sebessége és Cr-tartalma hasonló He és Ar atmoszférában, bebizonyosodott, hogy Heres alatti növekedés nagyobb növekedést eredményez, mint Ar alatti növekedés a magtartó nagyobb hőleadása miatt [68]. Megakadályozza a kifejlett kristályon belüli üregképződést és az oldatban a spontán gócképződést, így sima felületi morfológia érhető el [86].
Ez a cikk bemutatta a SiC eszközök fejlesztését, alkalmazásait és tulajdonságait, valamint a SiC egykristály termesztésének három fő módszerét. A következő szakaszokban a jelenlegi megoldásfejlesztési technikákat és a megfelelő kulcsparamétereket tekintettük át. Végül egy olyan kitekintést javasoltak, amely megvitatja a SiC egykristályok oldatos módszerrel történő tömeges növekedésével kapcsolatos kihívásokat és jövőbeli munkákat.
Feladás időpontja: 2024-01-01