Wéi an der Fig. 3 gewisen, ginn et dräi dominant Techniken, déi drop aus sinn, SiC-Eenkristaller mat héijer Qualitéit an Effizienz ze liwweren: Flëssegphase-Epitaxie (LPE), physikaleschen Dampftransport (PVT) an Héichtemperatur-chemesch Dampfoflagerung (HTCVD). PVT ass e gutt etabléierte Prozess fir d'Produktioun vu SiC-Eenkristaller, deen a grousse Waferhersteller wäit verbreet ass.
Wéi och ëmmer, all dräi Prozesser entwéckele sech séier a ginn innovativ. Et ass nach net méiglech ze soen, wéi ee Prozess an Zukunft wäit verbreet adoptéiert gëtt. Besonnesch an de leschte Jore gouf héichqualitativ SiC-Eenkristaller gemellt, déi duerch Léisungswuesstem mat enger erheblecher Geschwindegkeet produzéiert ginn. SiC-Bulkwuesstem an der flësseger Phas erfuerdert eng méi niddreg Temperatur wéi déi vum Sublimatiouns- oder Depositiounsprozess, an et weist Exzellenz bei der Produktioun vu P-Typ SiC-Substrater (Tabell 3) [33, 34].
Fig. 3: Schema vun dräi dominante SiC-Eenkristall-Wuesstumstechniken: (a) Flëssegkeetsphase-Epitaxie; (b) physikaleschen Dampftransport; (c) chemesch Dampfoflagerung bei héijen Temperaturen
Tabelle 3: Vergläich vun LPE, PVT an HTCVD fir d'Zucht vu SiC-Eenkristaller [33, 34]
Léisungswuesstem ass eng Standardtechnologie fir d'Virbereedung vu Verbindungshalbleiter [36]. Zënter den 1960er Joren hunn d'Fuerscher probéiert, e Kristall a Léisung z'entwéckelen [37]. Soubal d'Technologie entwéckelt ass, kann d'Iwwersättigung vun der Wuestumsuewerfläch gutt kontrolléiert ginn, wat d'Léisungsmethod zu enger villverspriechender Technologie fir d'Erhale vun héichwäertege Eenkristallbarren mécht.
Fir d'Léisungswuesstum vun SiC-Eenkristaller staamt d'Si-Quell aus héichreiner Si-Schmëlz, während de Graphit-Tigel duebel Zwecker déngt: Heizung a Quell vun engem C-Léisstoff. SiC-Eenkristaller wuessen éischter ënner dem ideale stöchiometresche Verhältnis, wann d'Verhältnis vu C a Si no bei 1 ass, wat op eng méi niddreg Defektdicht hiweist [28]. Wéi och ëmmer, bei Atmosphärendrock weist SiC kee Schmelzpunkt a zersetzt sech direkt duerch Verdampfung bei Temperaturen iwwer ongeféier 2.000 °C. SiC-Schmëlzer kënnen, no theoreteschen Erwaardungen, nëmmen ënner schwéiere Konditiounen, déi aus dem Si-C-binäre Phasendiagramm (Fig. 4) ze gesinn sinn, geformt ginn. Wat méi héich de C an der Si-Schmëlz variéiert vun 1 at.% bis 13 at.%. Déi dreiwend C-Iwwersättigung, wat méi séier d'Wuesstumsquote ass, während déi niddreg C-Kraaft vum Wuesstum d'C-Iwwersättigung ass, déi dominéiert gëtt duerch en Drock vun 109 Pa an Temperaturen iwwer 3.200 °C. Iwwersättigung kann eng glat Uewerfläch produzéieren [22, 36-38]. Bei Temperaturen tëscht 1.400 an 2.800 °C variéiert d'Léislechkeet vu C an der Si-Schmelz vun 1 at.% bis 13 at.%. D'treibend Kraaft vum Wuesstum ass d'C-Iwwersättigung, déi vum Temperaturgradient an dem Léisungssystem dominéiert gëtt. Wat méi héich d'C-Iwwersättigung ass, wat méi séier d'Wuesstumsquote ass, während eng niddreg C-Iwwersättigung eng glat Uewerfläch produzéiert [22, 36-38].
Abb. 4: Si-C binärt Phasendiagramm [40]
D'Dotierung vun Iwwergangsmetaller oder seltenen Äerdmetaller senkt net nëmmen effektiv d'Wuesstemperatur, mee schéngt och déi eenzeg Méiglechkeet ze sinn, fir d'Kuelestofflöslechkeet an der Si-Schmelz drastesch ze verbesseren. D'Zousätzlech vun Iwwergangsmetaller, wéi Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80] etc. oder seltenen Äerdmetaller, wéi Ce [81], Y [82], Sc, etc. an d'Si-Schmelz erlaabt et, datt d'Kuelestofflöslechkeet 50 at.% an engem Zoustand no beim thermodynamesche Gläichgewiicht iwwerschreit. Ausserdeem ass d'LPE-Technik gënschteg fir d'P-Typ-Dotierung vu SiC, wat duerch d'Legierung vun Al an de ... erreecht ka ginn.
Léisungsmëttel [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. D'Inkorporatioun vun Al féiert awer zu enger Erhéijung vum Widderstand vun de P-Typ SiC Eenzelkristaller [49, 56]. Nieft dem N-Typ Wuesstum ënner Stickstoffdotierung,
D'Wuesstem vun enger Léisung geschitt normalerweis an enger Inertgasatmosphär. Obwuel Helium (He) méi deier ass wéi Argon, gëtt et vu ville Wëssenschaftler favoriséiert wéinst senger méi niddreger Viskositéit a méi héijer Wärmeleitfäegkeet (8 Mol méi héich wéi Argon) [85]. D'Migratiounsquote an den Cr-Gehalt an 4H-SiC sinn ähnlech ënner He- an Ar-Atmosphär, et ass bewisen, datt d'Wuesstem ënner Here zu enger méi héijer Wuesstemsquote féiert wéi Wuesstem ënner Ar wéinst der méi grousser Hëtztofleedung vum Somhalter [68]. He hemmt d'Bildung vu Lächer am gewuessene Kristall an d'spontan Keimbildung an der Léisung, sou datt eng glat Uewerflächenmorphologie kritt ka ginn [86].
Dësen Artikel huet d'Entwécklung, d'Uwendungen an d'Eegeschafte vu SiC-Bauelementer virgestallt, souwéi déi dräi Haaptmethoden fir de Wuesstum vu SiC-Eenkristaller. An de folgende Sektiounen goufen déi aktuell Léisungswuesstemstechniken an déi entspriechend Schlësselparameter iwwerpréift. Schlussendlech gouf eng Perspektiv virgeschloen, déi d'Erausfuerderungen an zukünfteg Aarbechten am Zesummenhang mam Massewuesstum vu SiC-Eenkristaller iwwer d'Léisungsmethod diskutéiert huet.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 01. Juli 2024