Три главни техники за раст на SiC кристали

Како што е прикажано на слика 3, постојат три доминантни техники кои имаат за цел да обезбедат SiC единечен кристал со висок квалитет и ефикасност: епитаксија во течна фаза (LPE), физички транспорт на пареа (PVT) и високотемпературно хемиско таложење на пареа (HTCVD). PVT е добро воспоставен процес за производство на SiC еднокристал, кој е широко користен во големите производители на нафора.

Сепак, сите три процеси брзо се развиваат и иновираат. Сè уште не е можно да се одбегне кој процес ќе биде широко прифатен во иднина. Посебно, висококвалитетниот SiC еден кристал произведен со раст на растворот со значителна брзина е пријавен во последниве години, најголемиот дел од SiC растот во течната фаза бара пониска температура од онаа на процесот на сублимација или таложење, и покажува извонредност во производството на P -тип на SiC супстрати (Табела 3) [33, 34].

Сл. 3: Шема на три доминантни техники на раст на единечни кристали на SiC: (а) епитаксија на течна фаза; (б) физички транспорт на пареа; (в) хемиско таложење на пареа на висока температура

Табела 3: Споредба на LPE, PVT и HTCVD за растечки SiC единечни кристали [33, 34]

Растот на растворот е стандардна технологија за подготовка на сложени полупроводници [36]. Од 1960-тите, истражувачите се обидоа да развијат кристал во раствор [37]. Откако ќе се развие технологијата, презаситеноста на површината за раст може добро да се контролира, што го прави методот на решение ветувачка технологија за добивање висококвалитетни еднокристални инготи.

За раст на растворот на еднокристалот SiC, изворот на Si произлегува од високо чистото топење на Si додека графитниот сад служи за двојна намена: грејач и извор на растворена супстанција C. Монокристалите на SiC имаат поголема веројатност да растат под идеалниот стехиометриски сооднос кога односот на C и Si е блиску до 1, што укажува на помала густина на дефектот [28]. Сепак, при атмосферски притисок, SiC не покажува точка на топење и се распаѓа директно преку температури на испарување кои надминуваат околу 2.000 °C. Топењето на SiC, според теоретските очекувања, може да се формира само во тешки, може да се види од дијаграмот на бинарниот фазен Si-C (сл. 4) кој според температурен градиент и систем на раствори. Колку е поголем C во топењето на Si варира од 1at.% до 13at.%. Водечката C презаситеност, толку е побрза стапката на раст, додека ниската C сила на растот е C презаситеноста на која доминира притисок од 109 Pa и температури над 3.200 °C. Презаситеноста може да произведува мазна површина [22, 36-38]. температури помеѓу 1.400 и 2.800 °C, растворливоста на C во топењето на Si варира од 1ат.% до 13ат.%. Движечката сила на растот е C презаситеноста во која доминираат температурниот градиент и системот на раствори. Колку е поголема C презаситеноста, толку е побрза стапката на раст, додека ниската C презаситеност создава мазна површина [22, 36-38].

Сл. 4: Si-C бинарен фазен дијаграм [40]

Допинг-преодните метални елементи или елементите од ретка земја не само што ефикасно ја намалуваат температурата на растот, туку се чини дека се единствениот начин за драстично подобрување на растворливоста на јаглеродот во топењето на Si. Додавање на метали од преодната група, како што се Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80], итн. или метали од ретки земји, како што се Ce [81], Y [82], Sc, итн. растворливоста да надмине 50ат.% во состојба блиска до термодинамичка рамнотежа. Покрај тоа, LPE техниката е поволна за P-тип на допинг на SiC, што може да се постигне со легирање на Al во
растворувач [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Сепак, инкорпорирањето на Al доведува до зголемување на отпорноста на единечните кристали на SiC од P-тип [49, 56]. Освен растот од N-тип под азотен допинг,

растот на растворот генерално се одвива во атмосфера на инертен гас. Иако хелиумот (He) е поскап од аргонот, тој е фаворизиран од многу научници поради неговиот помал вискозитет и поголема топлинска спроводливост (8 пати аргон) [85]. Стапката на миграција и содржината на Cr во 4H-SiC се слични во атмосферата на He и Ar, докажано е дека растот под Heres резултира со повисока стапка на раст од растот под Ar поради поголемата дисипација на топлина на држачот на семето [68]. Тој го попречува формирањето на празнините во внатрешноста на растениот кристал и спонтана нуклеација во растворот, а потоа може да се добие морфологија на мазна површина [86].

Овој труд ги претстави развојот, апликациите и својствата на уредите SiC и трите главни методи за одгледување на SiC еден кристал. Во следните делови, беа разгледани тековните техники за раст на растворот и соодветните клучни параметри. Конечно, беше предложен изглед кој ги дискутираше предизвиците и идните работи во врска со масовниот раст на единечните кристали SiC преку методот на раствор.