Eins og sýnt er á mynd 3 eru þrjár ríkjandi aðferðir sem miða að því að veita SiC einkristalla hágæða og skilvirkni: vökvafasa epitaxy (LPE), eðlisfræðileg gufuflutningur (PVT) og háhitaefnagufuútfelling (HTCVD). PVT er rótgróið ferli til að framleiða SiC einkristall, sem er mikið notaður í helstu oblátuframleiðendum.
Hins vegar eru öll ferlarnir þrír í örri þróun og nýsköpun. Ekki er enn hægt að segja til um hvaða ferli verður almennt tekið upp í framtíðinni. Sérstaklega hefur verið greint frá hágæða SiC einkristalli sem framleiddur er með vexti lausnar á umtalsverðum hraða á undanförnum árum, SiC magnvöxtur í vökvafasanum krefst lægra hitastigs en hitastigið í sublimation eða útfellingarferlinu, og það sýnir afbragð í framleiðslu P -gerð SiC hvarfefni (tafla 3) [33, 34].
Mynd 3: Skýringarmynd af þremur ríkjandi SiC einkristalla vaxtaraðferðum: (a) vökvafasa epitaxy; (b) efnislegur gufuflutningur; (c) efnagufuútfelling við háhita
Tafla 3: Samanburður á LPE, PVT og HTCVD fyrir vaxandi SiC einkristalla [33, 34]
Vöxtur lausna er staðlað tækni til að útbúa samsetta hálfleiðara [36]. Síðan 1960 hafa vísindamenn reynt að þróa kristal í lausn [37]. Þegar tæknin hefur verið þróuð er hægt að stjórna yfirmettun vaxtarfletsins vel, sem gerir lausnaraðferðina að vænlegri tækni til að fá hágæða einkristalla hleifar.
Til að vaxa SiC einkristalla lausn, stafar Si uppspretta af mjög hreinni Si bráðnun á meðan grafítdeiglan þjónar tvíþættum tilgangi: hitari og C uppleystu efni. SiC einkristallar eru líklegri til að vaxa undir fullkomnu stoichiometric hlutfalli þegar hlutfall C og Si er nálægt 1, sem gefur til kynna lægri gallaþéttleika [28]. Hins vegar, við loftþrýsting, sýnir SiC ekkert bræðslumark og brotnar niður beint með uppgufun við hitastig sem fer yfir um 2.000 °C. SiC bráðnar, samkvæmt fræðilegum væntingum, er aðeins hægt að mynda við alvarlegt sést af Si-C tvíundarfasa skýringarmyndinni (Mynd 4) sem við hitastigshalla og lausnarkerfi. Því hærra sem C í Si bræðslunni er breytilegt frá 1at.% til 13at.%. Drífandi C yfirmettunin, því hraðari er vaxtarhraðinn, en lítill C kraftur vaxtar er C yfirmettunin sem einkennist af þrýstingi 109 Pa og hitastig yfir 3.200 °C. Það getur yfirmettun framleiðir slétt yfirborð [22, 36-38]. hitastig á milli 1.400 og 2.800 °C, leysni C í Si bræðslunni er breytileg frá 1at.% til 13at.%. Drifkraftur vaxtar er C yfirmettunin sem einkennist af hitastigli og lausnarkerfi. Því hærra sem C-yfirmettunin er, því hraðari er vaxtarhraðinn, en lág C yfirmettun framleiðir slétt yfirborð [22, 36-38].
Mynd 4: Si-C tvífasa skýringarmynd [40]
Lyfja umbreytingarmálmþætti eða sjaldgæfa jarðarþættir lækka ekki aðeins vaxtarhitastigið á áhrifaríkan hátt heldur virðist vera eina leiðin til að bæta verulega kolefnisleysni í Si bráðnun. Að bæta við umbreytingarhópmálmum, eins og Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80], o.s.frv. eða sjaldgæfa jarðmálma, eins og Ce [81], Y [82], Sc, o.s.frv. til Si bræðslunnar gerir kolefnisleysni meiri en 50at.% í ástandi nálægt hitaaflfræðilegu jafnvægi. Ennfremur er LPE tækni hagstæð fyrir P-gerð lyfjanotkunar á SiC, sem hægt er að ná með því að blanda Al í
leysir [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Hins vegar leiðir innlimun Al til aukningar á viðnámsþoli P-gerð SiC einkristalla [49, 56]. Fyrir utan N-gerð vöxt undir nitur doping,
Vöxtur lausnar fer almennt fram í óvirku gaslofti. Þrátt fyrir að helíum (He) sé dýrara en argon, er það vinsælt af mörgum fræðimönnum vegna lægri seigju þess og hærri hitaleiðni (8 sinnum argon) [85]. Flutningshraði og Cr innihald í 4H-SiC eru svipað undir He og Ar andrúmslofti, það er sannað að vöxtur undir Here veldur meiri vaxtarhraða en vexti undirAr vegna meiri hitaleiðni fræhafans [68]. Hann hindrar myndun tóma innan í vaxna kristalinu og sjálfkrafa kjarnamyndun í lausninni, þá er hægt að fá slétt yfirborðsformgerð [86].
Þessi grein kynnti þróun, notkun og eiginleika SiC tækja og þrjár helstu aðferðir til að rækta SiC einkristalla. Í eftirfarandi köflum var farið yfir núverandi lausnavaxtartækni og samsvarandi lykilbreytur. Að lokum var lagt til horfur sem fjallaði um áskoranir og framtíðarvinnu varðandi magnvöxt SiC einkristalla með lausnaraðferð.
Pósttími: júlí-01-2024