Ինչպես ցույց է տրված Նկար 3-ում, կան երեք գերիշխող տեխնիկա, որոնց նպատակն է ապահովել SiC միաբյուրեղ բարձր որակով և արդյունավետությամբ. PVT-ն SiC միաբյուրեղի արտադրության լավ կայացած գործընթաց է, որը լայնորեն օգտագործվում է վաֆլի խոշոր արտադրողներում:
Այնուամենայնիվ, բոլոր երեք գործընթացներն էլ արագ զարգանում և նորարարություն են ստանում: Դեռևս հնարավոր չէ կանխատեսել, թե որ գործընթացն է լայնորեն ընդունվելու ապագայում։ Մասնավորապես, վերջին տարիներին հաղորդվել է լուծույթի զգալի աճի արդյունքում արտադրված բարձրորակ SiC միաբյուրեղի մասին, հեղուկ փուլում SiC-ի զանգվածային աճը պահանջում է ավելի ցածր ջերմաստիճան, քան սուբլիմացիայի կամ նստեցման գործընթացում, և դա ցույց է տալիս գերազանցություն P-ի արտադրության մեջ: -տիպ SiC սուբստրատներ (Աղյուսակ 3) [33, 34]:
Նկար 3. SiC միաբյուրեղների աճի երեք գերիշխող տեխնիկայի սխեման. (ա) հեղուկ փուլային էպիտաքսիա; բ) ֆիզիկական գոլորշու փոխադրում. գ) բարձր ջերմաստիճանի քիմիական գոլորշիների նստեցում
Աղյուսակ 3. LPE-ի, PVT-ի և HTCVD-ի համեմատությունը SiC միաբյուրեղների աճեցման համար [33, 34]
Լուծույթի աճը բարդ կիսահաղորդիչների պատրաստման ստանդարտ տեխնոլոգիա է [36]: 1960-ական թվականներից հետազոտողները փորձել են լուծույթում բյուրեղ մշակել [37]: Տեխնոլոգիան մշակվելուց հետո աճի մակերեսի գերհագեցվածությունը կարող է լավ վերահսկվել, ինչը լուծման մեթոդը դարձնում է խոստումնալից տեխնոլոգիա բարձրորակ միաբյուրեղյա ձուլակտորներ ստանալու համար:
SiC միաբյուրեղի լուծույթի աճի համար Si աղբյուրը բխում է բարձր մաքուր Si հալվելուց, մինչդեռ գրաֆիտի խառնարանը ծառայում է երկակի նպատակների՝ ջեռուցիչ և C լուծույթի աղբյուր: SiC միաբյուրեղները ավելի հավանական է, որ աճեն իդեալական ստոյխիոմետրիկ հարաբերակցության ներքո, երբ C-ի և Si-ի հարաբերակցությունը մոտ է 1-ին, ինչը ցույց է տալիս ավելի ցածր թերության խտություն [28]: Այնուամենայնիվ, մթնոլորտային ճնշման դեպքում SiC-ը ցույց չի տալիս հալման կետ և ուղղակիորեն քայքայվում է գոլորշիացման ջերմաստիճանի միջոցով, որը գերազանցում է շուրջ 2000 °C: Ըստ տեսական ակնկալիքների, SiC-ի հալվածքները կարող են ձևավորվել միայն ծանր պայմաններում, որը երևում է Si-C երկուական փուլային դիագրամից (նկ. 4), որը ըստ ջերմաստիճանի գրադիենտի և լուծույթի համակարգի: Որքան բարձր է C-ը Si հալոցքում, տատանվում է 1at.%-ից մինչև 13at.%: C-ի գերհագեցվածությունը, այնքան ավելի արագ է աճի տեմպը, մինչդեռ աճի ցածր C ուժը C գերհագեցվածությունն է, որը գերակշռում է 109 Պա ճնշումը և 3200 °C-ից բարձր ջերմաստիճանը: Այն կարող է գերհագեցվածություն առաջացնել հարթ մակերես [22, 36-38]: ջերմաստիճանը 1400-ից 2800 °C է, C-ի լուծելիությունը Si հալոցքում տատանվում է 1at.%-ից մինչև 13at.%: Աճի շարժիչ ուժը C գերհագեցվածությունն է, որում գերակշռում են ջերմաստիճանի գրադիենտը և լուծույթի համակարգը: Որքան բարձր է C գերհագեցվածությունը, այնքան ավելի արագ է աճի տեմպը, մինչդեռ ցածր C գերհագեցվածությունը առաջացնում է հարթ մակերես [22, 36-38]:
Նկար 4. Si-C երկուական փուլային դիագրամ [40]
Դոպինգային անցումային մետաղական տարրերը կամ հազվագյուտ հողային տարրերը ոչ միայն արդյունավետորեն նվազեցնում են աճի ջերմաստիճանը, այլ թվում է, որ միակ միջոցն է կտրուկ բարելավելու ածխածնի լուծելիությունը Si հալվածքում: Անցումային խմբի մետաղների ավելացում, ինչպիսիք են Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80] և այլն կամ հազվագյուտ հողային մետաղներ, ինչպիսիք են Ce [81], Y [82], Sc և այլն Si հալվածքը թույլ է տալիս ածխածնի լուծելիությունը գերազանցել 50at.%-ը թերմոդինամիկական հավասարակշռությանը մոտ վիճակում։ Ավելին, LPE տեխնիկան բարենպաստ է P- տիպի SiC-ի դոպինգի համար, որը կարելի է ձեռք բերել Al-ի մեջ լցնելով.
լուծիչ [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]: Այնուամենայնիվ, Al-ի ընդգրկումը հանգեցնում է P-տիպի SiC միաբյուրեղների դիմադրողականության բարձրացմանը [49, 56]: Բացի N տիպի աճից ազոտային դոպինգի պայմաններում,
լուծույթի աճը հիմնականում ընթանում է իներտ գազի մթնոլորտում: Թեև հելիումը (He) ավելի թանկ է, քան արգոնը, այն նախընտրում են շատ գիտնականներ՝ շնորհիվ իր ցածր մածուցիկության և ավելի բարձր ջերմահաղորդականության (արգոնից 8 անգամ) [85]: Միգրացիայի արագությունը և Cr-ի պարունակությունը 4H-SiC-ում նման են He-ի և Ar-ի մթնոլորտում, ապացուցված է, որ Herets-ի պայմաններում աճը հանգեցնում է աճի ավելի բարձր տեմպերի, քան Ar-ի տակ աճը՝ սերմերի ավելի մեծ ջերմության ցրման պատճառով [68]: Նա խոչընդոտում է աճեցված բյուրեղի ներսում բացերի ձևավորումը և լուծույթում ինքնաբուխ միջուկացումը, այնուհետև կարելի է ձեռք բերել հարթ մակերեսի մորֆոլոգիա [86]:
Այս հոդվածը ներկայացրեց SiC սարքերի մշակումը, կիրառությունները և հատկությունները, ինչպես նաև SiC միաբյուրեղների աճեցման երեք հիմնական մեթոդները: Հետևյալ բաժիններում վերանայվել են լուծման աճի ներկայիս տեխնիկան և համապատասխան հիմնական պարամետրերը: Ի վերջո, առաջարկվեց մի հեռանկար, որը քննարկում էր մարտահրավերները և ապագա աշխատանքները՝ կապված SiC միաբյուրեղների հիմնական աճի հետ լուծման մեթոդի միջոցով:
Հրապարակման ժամանակը՝ հուլիս-01-2024