आकृती 3 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, उच्च गुणवत्ता आणि कार्यक्षमतेसह SiC सिंगल क्रिस्टल प्रदान करण्याचे उद्दिष्ट ठेवणारी तीन प्रभावी तंत्रे आहेत: लिक्विड फेज एपिटॅक्सी (LPE), भौतिक वाष्प वाहतूक (PVT), आणि उच्च-तापमान रासायनिक वाष्प निक्षेप (HTCVD). PVT ही SiC सिंगल क्रिस्टलच्या निर्मितीसाठी एक सुस्थापित प्रक्रिया आहे, जी मोठ्या वेफर उत्पादकांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाते.
तथापि, तिन्ही प्रक्रिया वेगाने विकसित होत आहेत आणि नावीन्यपूर्ण आहेत. भविष्यात कोणत्या प्रक्रियेचा मोठ्या प्रमाणावर अवलंब केला जाईल हे अद्याप सांगणे शक्य नाही. विशेषत:, उच्च-गुणवत्तेचे SiC सिंगल क्रिस्टल सोल्यूशनच्या वाढीद्वारे लक्षणीय दराने उत्पादित केले गेले आहे, अलीकडच्या वर्षांत नोंदवले गेले आहे, द्रव अवस्थेतील SiC मोठ्या प्रमाणात वाढीसाठी उदात्तीकरण किंवा डिपॉझिशन प्रक्रियेपेक्षा कमी तापमान आवश्यक आहे आणि ते पी उत्पादनात उत्कृष्टता दर्शवते. -प्रकार SiC सबस्ट्रेट्स (टेबल 3) [33, 34].
अंजीर 3: तीन प्रभावशाली SiC सिंगल क्रिस्टल ग्रोथ तंत्रांचे योजनाबद्ध: (अ) लिक्विड फेज एपिटॅक्सी; (b) भौतिक बाष्प वाहतूक; (c) उच्च-तापमान रासायनिक बाष्प जमा
तक्ता 3: वाढत्या SiC सिंगल क्रिस्टल्ससाठी LPE, PVT आणि HTCVD ची तुलना [३३, ३४]
सोल्यूशन ग्रोथ हे कंपाऊंड सेमीकंडक्टर [३६] तयार करण्यासाठी एक मानक तंत्रज्ञान आहे. 1960 पासून, संशोधकांनी द्रावणात क्रिस्टल विकसित करण्याचा प्रयत्न केला आहे [37]. एकदा तंत्रज्ञान विकसित झाल्यानंतर, वाढीच्या पृष्ठभागाच्या अतिसंपृक्ततेवर नियंत्रण ठेवता येते, ज्यामुळे सोल्युशन पद्धत उच्च-गुणवत्तेचे सिंगल क्रिस्टल इंगॉट्स मिळविण्यासाठी एक आशादायक तंत्रज्ञान बनते.
SiC सिंगल क्रिस्टलच्या सोल्यूशनच्या वाढीसाठी, Si स्त्रोत अत्यंत शुद्ध Si वितळण्यापासून उद्भवतो तर ग्रेफाइट क्रूसिबल दुहेरी उद्देशांसाठी: हीटर आणि C सोल्युट स्रोत. जेव्हा C आणि Si चे गुणोत्तर 1 च्या जवळ असते तेव्हा आदर्श स्टोचिओमेट्रिक गुणोत्तराखाली SiC सिंगल क्रिस्टल्स वाढण्याची अधिक शक्यता असते, जे कमी दोष घनता दर्शविते [28]. तथापि, वातावरणाच्या दाबावर, SiC वितळण्याचा बिंदू दर्शवत नाही आणि सुमारे 2,000 °C पेक्षा जास्त वाष्पीकरण तापमानाद्वारे थेट विघटित होते. SiC वितळणे, सैद्धांतिक अपेक्षेनुसार, फक्त गंभीर अंतर्गत तयार केले जाऊ शकते Si-C बायनरी फेज आकृती (Fig. 4) पासून पाहिले जाऊ शकते की तापमान ग्रेडियंट आणि सोल्यूशन सिस्टमद्वारे. Si वितळण्यातील C चे प्रमाण 1at.% ते 13at.% पर्यंत बदलते. ड्रायव्हिंग सी सुपरसॅच्युरेशन, वाढीचा वेग तितका वेगवान, तर वाढीचा कमी सी फोर्स म्हणजे C सुपरसॅच्युरेशन ज्यावर 109 Pa चा दाब असतो आणि तापमान 3,200 °C पेक्षा जास्त असते. हे सुपरसॅच्युरेशन एक गुळगुळीत पृष्ठभाग [२२, ३६-३८] तयार करू शकते. तापमान १,४०० आणि २,८०० डिग्री सेल्सिअस दरम्यान, सी मेल्टमधील सी ची विद्राव्यता 1at.% ते 13at.% पर्यंत बदलते. वाढीची प्रेरक शक्ती सी सुपरसॅच्युरेशन आहे ज्यावर तापमान ग्रेडियंट आणि सोल्यूशन सिस्टमचे वर्चस्व आहे. सी सुपरसॅच्युरेशन जितके जास्त असेल तितका वेगवान वाढीचा दर, तर कमी सी सुपरसॅच्युरेशन एक गुळगुळीत पृष्ठभाग तयार करते [२२, ३६-३८].
अंजीर 4: Si-C बायनरी फेज आकृती [४०]
डोपिंग संक्रमण धातू घटक किंवा दुर्मिळ-पृथ्वी घटक केवळ वाढीचे तापमान प्रभावीपणे कमी करत नाहीत तर Si वितळण्यात कार्बन विद्राव्यता तीव्रपणे सुधारण्याचा एकमेव मार्ग असल्याचे दिसते. संक्रमण गटातील धातूंची भर, जसे की Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80], इ. किंवा दुर्मिळ पृथ्वी धातू, जसे की Ce [81], Y [82], Sc, इ ते Si वितळल्याने थर्मोडायनामिक समतोलाच्या जवळ असलेल्या स्थितीत कार्बन विद्राव्यता 50at.% पेक्षा जास्त होऊ देते. शिवाय, एलपीई तंत्र SiC च्या पी-टाइप डोपिंगसाठी अनुकूल आहे, जे अल मध्ये मिश्रित करून प्राप्त केले जाऊ शकते.
सॉल्व्हेंट [५०, ५३, ५६, ५९, ६४, ७१-७३, ८२, ८३]. तथापि, Al च्या समावेशामुळे P-प्रकार SiC सिंगल क्रिस्टल्स [49, 56] च्या प्रतिरोधकतेत वाढ होते. नायट्रोजन डोपिंग अंतर्गत N-प्रकार वाढीव्यतिरिक्त,
द्रावणाची वाढ सामान्यतः अक्रिय वायू वातावरणात होते. हेलियम (He) हे आर्गॉनपेक्षा महाग असले तरी, त्याची कमी स्निग्धता आणि उच्च थर्मल चालकता (आर्गॉनच्या 8 पट) [८५] यामुळे अनेक विद्वानांनी त्याला पसंती दिली आहे. 4H-SiC मधील स्थलांतर दर आणि Cr सामग्री He आणि Ar वातावरणात सारखीच आहे, हे सिद्ध झाले आहे की बियाणे धारकाच्या मोठ्या उष्णतेचा अपव्यय झाल्यामुळे एआर अंतर्गत वाढीपेक्षा जास्त वाढीचा परिणाम होतो. तो वाढलेल्या क्रिस्टलच्या आत व्हॉईड्स तयार होण्यास आणि द्रावणातील उत्स्फूर्त न्यूक्लिएशनमध्ये अडथळा आणतो, त्यानंतर, एक गुळगुळीत पृष्ठभाग आकारविज्ञान प्राप्त केले जाऊ शकते [86].
या पेपरमध्ये SiC उपकरणांचा विकास, अनुप्रयोग आणि गुणधर्म आणि SiC सिंगल क्रिस्टल वाढण्याच्या तीन मुख्य पद्धतींचा परिचय करून दिला. खालील विभागांमध्ये, सध्याच्या सोल्यूशनच्या वाढीच्या तंत्रांचे आणि संबंधित मुख्य पॅरामीटर्सचे पुनरावलोकन केले गेले. शेवटी, एक दृष्टीकोन प्रस्तावित करण्यात आला ज्यामध्ये सोल्यूशन पद्धतीद्वारे SiC सिंगल क्रिस्टल्सच्या मोठ्या प्रमाणात वाढीशी संबंधित आव्हाने आणि भविष्यातील कामांवर चर्चा केली गेली.
पोस्ट वेळ: जुलै-०१-२०२४