SiC ಸ್ಫಟಿಕ ಬೆಳವಣಿಗೆಗೆ ಮೂರು ಪ್ರಮುಖ ತಂತ್ರಗಳು

ಚಿತ್ರ 3 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ, SiC ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕವನ್ನು ಉತ್ತಮ ಗುಣಮಟ್ಟ ಮತ್ತು ದಕ್ಷತೆಯೊಂದಿಗೆ ಒದಗಿಸುವ ಗುರಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಮೂರು ಪ್ರಬಲ ತಂತ್ರಗಳಿವೆ: ದ್ರವ ಹಂತದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ (LPE), ಭೌತಿಕ ಆವಿ ಸಾರಿಗೆ (PVT), ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ-ತಾಪಮಾನದ ರಾಸಾಯನಿಕ ಆವಿ ಶೇಖರಣೆ (HTCVD). ಪ್ರಮುಖ ವೇಫರ್ ತಯಾರಕರಲ್ಲಿ ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುವ SiC ಸಿಂಗಲ್ ಸ್ಫಟಿಕವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು PVT ಒಂದು ಸುಸ್ಥಾಪಿತ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಾಗಿದೆ.

ಆದಾಗ್ಯೂ, ಎಲ್ಲಾ ಮೂರು ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು ವೇಗವಾಗಿ ವಿಕಸನಗೊಳ್ಳುತ್ತಿವೆ ಮತ್ತು ಹೊಸತನವನ್ನು ಪಡೆದುಕೊಳ್ಳುತ್ತಿವೆ. ಭವಿಷ್ಯದಲ್ಲಿ ಯಾವ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ಅಳವಡಿಸಿಕೊಳ್ಳಲಾಗುವುದು ಎಂದು ಹೇಳಲು ಇನ್ನೂ ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ. ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾಗಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, ಗಣನೀಯ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ ದ್ರಾವಣದ ಬೆಳವಣಿಗೆಯಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಉತ್ತಮ-ಗುಣಮಟ್ಟದ SiC ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕವು ಇತ್ತೀಚಿನ ವರ್ಷಗಳಲ್ಲಿ ವರದಿಯಾಗಿದೆ, ದ್ರವ ಹಂತದಲ್ಲಿ SiC ಬೃಹತ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಯು ಉತ್ಪತನ ಅಥವಾ ಠೇವಣಿ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಬಯಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಇದು P ಅನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುವಲ್ಲಿ ಶ್ರೇಷ್ಠತೆಯನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತದೆ. -ಟೈಪ್ SiC ಸಬ್‌ಸ್ಟ್ರೇಟ್‌ಗಳು (ಟೇಬಲ್ 3) [33, 34].

ಚಿತ್ರ 3: ಮೂರು ಪ್ರಬಲ SiC ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ತಂತ್ರಗಳ ಸ್ಕೀಮ್ಯಾಟಿಕ್: (a) ದ್ರವ ಹಂತದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ; (ಬಿ) ಭೌತಿಕ ಆವಿ ಸಾಗಣೆ; (ಸಿ) ಅಧಿಕ-ತಾಪಮಾನದ ರಾಸಾಯನಿಕ ಆವಿ ಶೇಖರಣೆ

ಕೋಷ್ಟಕ 3: SiC ಏಕ ಹರಳುಗಳನ್ನು ಬೆಳೆಯಲು LPE, PVT ಮತ್ತು HTCVD ಹೋಲಿಕೆ [33, 34]

ಪರಿಹಾರದ ಬೆಳವಣಿಗೆಯು ಸಂಯುಕ್ತ ಅರೆವಾಹಕಗಳನ್ನು ತಯಾರಿಸಲು ಪ್ರಮಾಣಿತ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವಾಗಿದೆ [36]. 1960 ರ ದಶಕದಿಂದಲೂ, ಸಂಶೋಧಕರು ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿ ಸ್ಫಟಿಕವನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಲು ಪ್ರಯತ್ನಿಸಿದ್ದಾರೆ [37]. ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಿದ ನಂತರ, ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಮೇಲ್ಮೈಯ ಅತಿಸೂಕ್ಷ್ಮತೆಯನ್ನು ಚೆನ್ನಾಗಿ ನಿಯಂತ್ರಿಸಬಹುದು, ಇದು ಉತ್ತಮ ಗುಣಮಟ್ಟದ ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕ ಗಟ್ಟಿಗಳನ್ನು ಪಡೆಯಲು ಪರಿಹಾರ ವಿಧಾನವನ್ನು ಭರವಸೆಯ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವನ್ನಾಗಿ ಮಾಡುತ್ತದೆ.

SiC ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕದ ಪರಿಹಾರದ ಬೆಳವಣಿಗೆಗೆ, Si ಮೂಲವು ಹೆಚ್ಚು ಶುದ್ಧವಾದ Si ಕರಗುವಿಕೆಯಿಂದ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಗ್ರ್ಯಾಫೈಟ್ ಕ್ರೂಸಿಬಲ್ ಎರಡು ಉದ್ದೇಶಗಳಿಗಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ: ಹೀಟರ್ ಮತ್ತು C ದ್ರಾವಕ ಮೂಲ. ಸಿ ಮತ್ತು ಸಿ ಅನುಪಾತವು 1 ರ ಸಮೀಪದಲ್ಲಿದ್ದಾಗ SiC ಏಕ ಹರಳುಗಳು ಆದರ್ಶ ಸ್ಟೊಚಿಯೊಮೆಟ್ರಿಕ್ ಅನುಪಾತದ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ ಬೆಳೆಯುವ ಸಾಧ್ಯತೆಯಿದೆ, ಇದು ಕಡಿಮೆ ದೋಷ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ [28]. ಆದಾಗ್ಯೂ, ವಾತಾವರಣದ ಒತ್ತಡದಲ್ಲಿ, SiC ಯಾವುದೇ ಕರಗುವ ಬಿಂದುವನ್ನು ತೋರಿಸುವುದಿಲ್ಲ ಮತ್ತು ಸುಮಾರು 2,000 °C ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಆವಿಯಾಗುವಿಕೆಯ ತಾಪಮಾನದ ಮೂಲಕ ನೇರವಾಗಿ ಕೊಳೆಯುತ್ತದೆ. SiC ಕರಗುತ್ತದೆ, ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ನಿರೀಕ್ಷೆಗಳ ಪ್ರಕಾರ, ತಾಪಮಾನದ ಗ್ರೇಡಿಯಂಟ್ ಮತ್ತು ಪರಿಹಾರ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಿಂದ Si-C ಬೈನರಿ ಹಂತದ ರೇಖಾಚಿತ್ರದಿಂದ (Fig. 4) ಕಂಡುಬರುವ ತೀವ್ರತೆಯ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ ಮಾತ್ರ ರೂಪುಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. Si ಕರಗುವಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ C 1at.% ರಿಂದ 13at.% ವರೆಗೆ ಬದಲಾಗುತ್ತದೆ. ಡ್ರೈವಿಂಗ್ C ಸೂಪರ್‌ಸ್ಯಾಚುರೇಶನ್, ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ದರವು ವೇಗವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಕಡಿಮೆ C ಬಲವು C ಸೂಪರ್‌ಸ್ಯಾಚುರೇಶನ್ ಆಗಿದ್ದು ಅದು 109 Pa ಒತ್ತಡ ಮತ್ತು 3,200 °C ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಇದು ಸುಪರ್ಸಾಚುರೇಶನ್ ನಯವಾದ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು [22, 36-38] ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ.1,400 ಮತ್ತು 2,800 °C ನಡುವಿನ ತಾಪಮಾನ, Si ಕರಗುವಿಕೆಯಲ್ಲಿ C ನ ಕರಗುವಿಕೆಯು 1at.% ರಿಂದ 13at.% ವರೆಗೆ ಬದಲಾಗುತ್ತದೆ. ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಚಾಲನಾ ಶಕ್ತಿಯು C ಸೂಪರ್ಸ್ಯಾಚುರೇಶನ್ ಆಗಿದ್ದು ಅದು ತಾಪಮಾನದ ಗ್ರೇಡಿಯಂಟ್ ಮತ್ತು ಪರಿಹಾರ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಿಂದ ಪ್ರಾಬಲ್ಯ ಹೊಂದಿದೆ. C ಸೂಪರ್‌ಸ್ಯಾಚುರೇಶನ್ ಹೆಚ್ಚಾದಷ್ಟೂ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ದರವು ವೇಗವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಕಡಿಮೆ C ಸೂಪರ್‌ಸ್ಯಾಚುರೇಶನ್ ಮೃದುವಾದ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು [22, 36-38] ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ.

ಚಿತ್ರ 4: Si-C ಬೈನರಿ ಹಂತದ ರೇಖಾಚಿತ್ರ [40]

ಡೋಪಿಂಗ್ ಪರಿವರ್ತನೆಯ ಲೋಹದ ಅಂಶಗಳು ಅಥವಾ ಅಪರೂಪದ-ಭೂಮಿಯ ಅಂಶಗಳು ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದಲ್ಲದೆ, Si ಕರಗುವಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಇಂಗಾಲದ ಕರಗುವಿಕೆಯನ್ನು ತೀವ್ರವಾಗಿ ಸುಧಾರಿಸುವ ಏಕೈಕ ಮಾರ್ಗವಾಗಿದೆ. Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- ನಂತಹ ಪರಿವರ್ತನೆಯ ಗುಂಪಿನ ಲೋಹಗಳ ಸೇರ್ಪಡೆ 80], ಇತ್ಯಾದಿ ಥರ್ಮೋಡೈನಾಮಿಕ್ ಸಮತೋಲನಕ್ಕೆ ಹತ್ತಿರವಿರುವ ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ 50at.% ಅನ್ನು ಮೀರುವ ಕರಗುವಿಕೆ. ಇದಲ್ಲದೆ, ಎಲ್‌ಪಿಇ ತಂತ್ರವು ಎಸ್‌ಐಸಿಯ ಪಿ-ಟೈಪ್ ಡೋಪಿಂಗ್‌ಗೆ ಅನುಕೂಲಕರವಾಗಿದೆ, ಇದನ್ನು ಅಲ್‌ಗೆ ಮಿಶ್ರಲೋಹ ಮಾಡುವ ಮೂಲಕ ಸಾಧಿಸಬಹುದು.
ದ್ರಾವಕ [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. ಆದಾಗ್ಯೂ, Al ನ ಸಂಯೋಜನೆಯು P-ಟೈಪ್ SiC ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕಗಳ ಪ್ರತಿರೋಧದ ಹೆಚ್ಚಳಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ [49, 56]. ಸಾರಜನಕ ಡೋಪಿಂಗ್ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ N- ಮಾದರಿಯ ಬೆಳವಣಿಗೆಯನ್ನು ಹೊರತುಪಡಿಸಿ,

ದ್ರಾವಣದ ಬೆಳವಣಿಗೆಯು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಜಡ ಅನಿಲ ವಾತಾವರಣದಲ್ಲಿ ಮುಂದುವರಿಯುತ್ತದೆ. ಹೀಲಿಯಂ (ಅವನು) ಆರ್ಗಾನ್‌ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ದುಬಾರಿಯಾಗಿದ್ದರೂ, ಅದರ ಕಡಿಮೆ ಸ್ನಿಗ್ಧತೆ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ಉಷ್ಣ ವಾಹಕತೆ (ಆರ್ಗಾನ್‌ನ 8 ಪಟ್ಟು) [85] ಕಾರಣದಿಂದ ಇದು ಅನೇಕ ವಿದ್ವಾಂಸರಿಂದ ಒಲವು ಹೊಂದಿದೆ. 4H-SiC ಯಲ್ಲಿನ ವಲಸೆ ದರ ಮತ್ತು Cr ವಿಷಯವು He ಮತ್ತು Ar ವಾತಾವರಣದಲ್ಲಿ ಒಂದೇ ರೀತಿಯದ್ದಾಗಿದೆ, ಇದು ಬೀಜ ಹೊಂದಿರುವವರ ದೊಡ್ಡ ಶಾಖದ ಹರಡುವಿಕೆಯಿಂದಾಗಿ ಎಆರ್ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ ಬೆಳವಣಿಗೆಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಬೆಳವಣಿಗೆ ದರದಲ್ಲಿ ಹಿರೆಸಲ್ಟ್ಸ್ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ ಬೆಳವಣಿಗೆಯಾಗಿದೆ ಎಂದು ಸಾಬೀತಾಗಿದೆ [68]. ಅವನು ಬೆಳೆದ ಸ್ಫಟಿಕದೊಳಗೆ ಖಾಲಿಜಾಗಗಳ ರಚನೆಯನ್ನು ತಡೆಯುತ್ತಾನೆ ಮತ್ತು ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿ ಸ್ವಾಭಾವಿಕ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯೇಶನ್, ನಂತರ ಮೃದುವಾದ ಮೇಲ್ಮೈ ರೂಪವಿಜ್ಞಾನವನ್ನು ಪಡೆಯಬಹುದು [86].

ಈ ಕಾಗದವು SiC ಸಾಧನಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿ, ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸಿತು ಮತ್ತು SiC ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕವನ್ನು ಬೆಳೆಯುವ ಮೂರು ಮುಖ್ಯ ವಿಧಾನಗಳನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸಿತು. ಕೆಳಗಿನ ವಿಭಾಗಗಳಲ್ಲಿ, ಪ್ರಸ್ತುತ ಪರಿಹಾರ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ತಂತ್ರಗಳು ಮತ್ತು ಅನುಗುಣವಾದ ಪ್ರಮುಖ ನಿಯತಾಂಕಗಳನ್ನು ಪರಿಶೀಲಿಸಲಾಗಿದೆ. ಅಂತಿಮವಾಗಿ, ಪರಿಹಾರ ವಿಧಾನದ ಮೂಲಕ SiC ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕಗಳ ಬೃಹತ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದ ಸವಾಲುಗಳು ಮತ್ತು ಭವಿಷ್ಯದ ಕೆಲಸಗಳನ್ನು ಚರ್ಚಿಸುವ ದೃಷ್ಟಿಕೋನವನ್ನು ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಲಾಯಿತು.