Kaip parodyta 3 pav., yra trys dominuojantys metodai, kuriais siekiama užtikrinti aukštos kokybės ir efektyvų SiC monokristalą: skystosios fazės epitaksė (LPE), fizinis garų pernešimas (PVT) ir aukštos temperatūros cheminis nusodinimas garais (HTCVD). PVT yra nusistovėjęs SiC monokristalo gamybos procesas, kuris plačiai naudojamas didžiuosiuose plokštelių gamintojams.
Tačiau visi trys procesai sparčiai vystosi ir kuriamos naujovės. Kol kas neįmanoma nustatyti, kuris procesas bus plačiai taikomas ateityje. Ypač pastaraisiais metais buvo pranešta apie aukštos kokybės SiC monokristalą, susidarantį sparčiai augant tirpale, o tūriniam SiC augimui skystoje fazėje reikia žemesnės temperatūros nei sublimacijos ar nusodinimo procese, ir tai demonstruoja puikią P gamybos kokybę. -tipo SiC substratai (3 lentelė) [33, 34].
3 pav. Trijų dominuojančių SiC monokristalų auginimo metodų schema: (a) skystosios fazės epitaksija; b) fizinis garų transportavimas; c) aukštos temperatūros cheminis nusodinimas garais
3 lentelė. LPE, PVT ir HTCVD palyginimas SiC monokristalams auginti [33, 34]
Tirpalo auginimas yra standartinė sudėtinių puslaidininkių paruošimo technologija [36]. Nuo septintojo dešimtmečio mokslininkai bandė sukurti kristalą tirpale [37]. Sukūrus technologiją, augimo paviršiaus perpildymas gali būti gerai kontroliuojamas, todėl tirpalo metodas yra perspektyvi technologija norint gauti aukštos kokybės monokristalinius luitus.
SiC monokristalams augti tirpale Si šaltinis gaunamas iš labai gryno Si lydalo, o grafito tiglis tarnauja dviem tikslams: šildytuvui ir C tirpalo šaltiniui. SiC pavieniai kristalai labiau auga esant idealiam stechiometriniam santykiui, kai C ir Si santykis yra artimas 1, o tai rodo mažesnį defektų tankį [28]. Tačiau esant atmosferos slėgiui SiC neturi lydymosi temperatūros ir suyra tiesiogiai, kai garavimo temperatūra viršija maždaug 2000 °C. SiC lydalo, remiantis teoriniais lūkesčiais, gali susidaryti tik esant stipriam, kaip matyti iš Si-C dvejetainės fazės diagramos (4 pav.), esant temperatūros gradientui ir tirpalo sistemai. Kuo didesnis C kiekis Si lydaloje, svyruoja nuo 1at.% iki 13at.%. Varomasis C persotinimas, tuo greitesnis augimo greitis, o maža C augimo jėga yra C persotinimas, kuriame vyrauja 109 Pa slėgis ir aukštesnė nei 3200 °C temperatūra. Jis gali viršsotinimas sukuria lygų paviršių [22, 36-38].temperatūra tarp 1400 ir 2800 °C, C tirpumas Si lydaloje svyruoja nuo 1at.% iki 13at.%. Augimo varomoji jėga yra C viršsotis, kuriame dominuoja temperatūros gradientas ir tirpalo sistema. Kuo didesnis C persotinimas, tuo greitesnis augimo greitis, o mažas C persotinimas sukuria lygų paviršių [22, 36-38].
4 pav. Si-C dvejetainės fazės diagrama [40]
Dopingo pereinamojo metalo elementai arba retųjų žemių elementai ne tik efektyviai sumažina augimo temperatūrą, bet atrodo, kad tai vienintelis būdas drastiškai pagerinti anglies tirpumą Si lydaloje. Pereinamosios grupės metalų, tokių kaip Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80] ir tt arba retųjų žemių metalai, tokie kaip Ce [81], Y [82], Sc ir tt į Si lydalą leidžia anglies tirpumui viršyti 50 at.%, esant artimai termodinaminei pusiausvyrai. Be to, LPE technika yra palanki P tipo SiC legiravimui, kurį galima pasiekti į lydinį Al.
tirpiklis [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Tačiau Al įtraukimas padidina P tipo SiC pavienių kristalų varžą [49, 56]. Be N tipo augimo naudojant azoto legiravimą,
tirpalo augimas paprastai vyksta inertinių dujų atmosferoje. Nors helis (He) yra brangesnis už argoną, daugelis mokslininkų jį mėgsta dėl mažesnio klampumo ir didesnio šilumos laidumo (8 kartus argono) [85]. Migracijos greitis ir Cr kiekis 4H-SiC yra panašūs He ir Ar atmosferoje, įrodyta, kad augimas Heres sąlygoja didesnį augimo greitį nei augimas po Ar dėl didesnio sėklų laikiklio šilumos išsklaidymo [68]. Jis trukdo tuštumų susidarymui išaugusio kristalo viduje ir savaiminiam branduolių susidarymui tirpale, tada galima gauti lygią paviršiaus morfologiją [86].
Šiame darbe buvo pristatyta SiC įrenginių kūrimas, pritaikymas ir savybės bei trys pagrindiniai SiC monokristalų auginimo būdai. Tolesniuose skyriuose buvo apžvelgti dabartiniai sprendimų augimo būdai ir atitinkami pagrindiniai parametrai. Galiausiai buvo pasiūlyta perspektyva, kurioje aptariami iššūkiai ir būsimi darbai, susiję su SiC pavienių kristalų augimu tirpalo metodu.
Paskelbimo laikas: 2024-01-01