როგორც ნახ. 3-ზეა ნაჩვენები, არსებობს სამი დომინანტური ტექნიკა, რომლებიც მიზნად ისახავს უზრუნველყოს SiC ერთკრისტალი მაღალი ხარისხით და ეფექტურობით: თხევადი ფაზის ეპიტაქსია (LPE), ფიზიკური ორთქლის ტრანსპორტი (PVT) და მაღალი ტემპერატურის ქიმიური ორთქლის დეპონირება (HTCVD). PVT არის კარგად დამკვიდრებული პროცესი SiC ერთკრისტალის წარმოებისთვის, რომელიც ფართოდ გამოიყენება ვაფლის მსხვილ მწარმოებლებში.
თუმცა, სამივე პროცესი სწრაფად ვითარდება და ინოვაციურია. ჯერჯერობით შეუძლებელია იმის გარკვევა, თუ რომელი პროცესი იქნება ფართოდ მიღებული მომავალში. განსაკუთრებით, ბოლო წლებში დაფიქსირდა მაღალი ხარისხის SiC ერთკრისტალი, რომელიც წარმოიქმნება ხსნარის ზრდის შედეგად მნიშვნელოვანი სიჩქარით. -ტიპის SiC სუბსტრატები (ცხრილი 3) [33, 34].
სურ. 3: სამი დომინანტური SiC ერთკრისტალური ზრდის ტექნიკის სქემა: (ა) თხევადი ფაზის ეპიტაქსია; (ბ) ორთქლის ფიზიკური ტრანსპორტირება; გ) მაღალი ტემპერატურის ქიმიური ორთქლის დეპონირება
ცხრილი 3: LPE, PVT და HTCVD-ის შედარება SiC ერთკრისტალების ზრდისთვის [33, 34]
ხსნარის ზრდა არის სტანდარტული ტექნოლოგია რთული ნახევარგამტარების მოსამზადებლად [36]. 1960-იანი წლებიდან მკვლევარები ცდილობდნენ ხსნარში კრისტალის შექმნას [37]. ტექნოლოგიის შემუშავების შემდეგ, ზრდის ზედაპირის ზეგაჯერება შეიძლება კარგად კონტროლდებოდეს, რაც ხსნარის მეთოდს პერსპექტიულ ტექნოლოგიად აქცევს მაღალი ხარისხის ერთკრისტალური ინგოტების მისაღებად.
SiC ერთკრისტალის ხსნარის ზრდისთვის, Si წყარო მომდინარეობს უაღრესად სუფთა Si დნობისგან, ხოლო გრაფიტის ჭურჭელი ემსახურება ორმაგ მიზნებს: გამაცხელებელი და C ხსნარის წყარო. SiC ერთკრისტალები უფრო სავარაუდოა, რომ იზრდებიან იდეალური სტოიქიომეტრიული თანაფარდობის ქვეშ, როდესაც C და Si თანაფარდობა ახლოს არის 1-თან, რაც მიუთითებს დეფექტის დაბალ სიმკვრივეზე [28]. თუმცა, ატმოსფერული წნევის დროს, SiC არ აჩვენებს დნობის წერტილს და იშლება უშუალოდ აორთქლების ტემპერატურის მეშვეობით, რომელიც აღემატება 2000 °C-ს. SiC დნება, თეორიული მოლოდინების მიხედვით, შეიძლება წარმოიქმნას მხოლოდ მძიმე პირობებში, რაც ჩანს Si-C ორობითი ფაზის დიაგრამიდან (ნახ. 4) ტემპერატურული გრადიენტისა და ხსნარის სისტემის მიხედვით. რაც უფრო მაღალია C სი დნობისას, მერყეობს 1at.%-დან 13at.%-მდე. C ზეგაჯერების მამოძრავებელი, უფრო სწრაფია ზრდის ტემპი, ხოლო დაბალი C ზრდის ძალა არის C ზეგაჯერება, რომელიც დომინირებს წნევას 109 Pa და ტემპერატურაზე 3200 °C-ზე ზემოთ. მას შეუძლია ზეგაჯერება წარმოქმნას გლუვ ზედაპირს [22, 36-38]. ტემპერატურა 1400-დან 2800 °C-მდე, C-ის ხსნადობა Si დნობაში მერყეობს 1at.%-დან 13at.%-მდე. ზრდის მამოძრავებელი ძალა არის C ზეგაჯერება, რომელშიც დომინირებს ტემპერატურის გრადიენტი და ხსნარის სისტემა. რაც უფრო მაღალია C ზეგაჯერება, მით უფრო სწრაფია ზრდის ტემპი, ხოლო დაბალი C ზეგაჯერება ქმნის გლუვ ზედაპირს [22, 36-38].
სურ. 4: Si-C ორობითი ფაზის დიაგრამა [40]
დოპინგი გარდამავალი ლითონის ელემენტები ან იშვიათი დედამიწის ელემენტები არა მხოლოდ ეფექტურად ამცირებს ზრდის ტემპერატურას, არამედ, როგორც ჩანს, ერთადერთი გზაა ნახშირბადის ხსნადობის მკვეთრად გასაუმჯობესებლად Si დნობაში. გარდამავალი ჯგუფის ლითონების დამატება, როგორიცაა Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80] და ა.შ. ან იშვიათი მიწიერი ლითონები, როგორიცაა Ce [81], Y [82], Sc და ა.შ. Si დნება საშუალებას აძლევს ნახშირბადს ხსნადობა 50 ატ.%-ს აღემატება თერმოდინამიკურ წონასწორობასთან მიახლოებულ მდგომარეობაში. უფრო მეტიც, LPE ტექნიკა ხელსაყრელია SiC-ის P-ტიპის დოპინგისთვის, რომლის მიღწევაც შესაძლებელია ალ-ის შენადნობით.
გამხსნელი [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. თუმცა, Al-ის შეერთება იწვევს P-ტიპის SiC ერთკრისტალების რეზისტენტობის გაზრდას [49, 56]. გარდა N- ტიპის ზრდის აზოტის დოპინგის პირობებში,
ხსნარის ზრდა ჩვეულებრივ მიმდინარეობს ინერტული აირის ატმოსფეროში. მიუხედავად იმისა, რომ ჰელიუმი (He) უფრო ძვირია, ვიდრე არგონი, მას ბევრი მეცნიერი ემხრობა მისი დაბალი სიბლანტისა და მაღალი თბოგამტარობის გამო (არგონზე 8-ჯერ) [85]. მიგრაციის სიჩქარე და Cr შემცველობა 4H-SiC-ში მსგავსია He და Ar ატმოსფეროში, დადასტურდა, რომ ჰერეშის პირობებში ზრდა იწვევს უფრო მაღალი ზრდის ტემპს, ვიდრე ზრდა Ar under-ში, თესლის დამჭერის უფრო დიდი სითბოს გაფრქვევის გამო [68]. ის აფერხებს მომწიფებული ბროლის შიგნით სიცარიელეების წარმოქმნას და ხსნარში სპონტანურ ნუკლეაციას, შემდეგ კი გლუვი ზედაპირის მორფოლოგია შეიძლება მივიღოთ [86].
ეს ნაშრომი გააცნო SiC მოწყობილობების განვითარებას, აპლიკაციებსა და თვისებებს და SiC ერთკრისტალის ზრდის სამ ძირითად მეთოდს. შემდეგ სექციებში განხილული იყო ხსნარის ზრდის მიმდინარე ტექნიკა და შესაბამისი ძირითადი პარამეტრები. საბოლოოდ, შემოთავაზებული იყო პერსპექტივა, რომელიც განიხილავდა გამოწვევებს და სამომავლო სამუშაოებს SiC ერთკრისტალების ნაყარი ზრდის შესახებ ხსნარის მეთოდით.
გამოქვეყნების დრო: ივლის-01-2024