Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3, terdapat tiga teknik dominan yang bertujuan untuk menyediakan kristal tunggal SiC dengan kualiti dan kecekapan tinggi: epitaksi fasa cecair (LPE), pengangkutan wap fizikal (PVT) dan pemendapan wap kimia suhu tinggi (HTCVD). PVT ialah proses yang mantap untuk menghasilkan kristal tunggal SiC, yang digunakan secara meluas dalam pengeluar wafer utama.
Walau bagaimanapun, ketiga-tiga proses itu berkembang pesat dan berinovasi. Ia masih belum dapat memastikan proses mana yang akan diterima pakai secara meluas pada masa hadapan. Khususnya, kristal tunggal SiC berkualiti tinggi yang dihasilkan oleh pertumbuhan larutan pada kadar yang besar telah dilaporkan dalam beberapa tahun kebelakangan ini, pertumbuhan pukal SiC dalam fasa cecair memerlukan suhu yang lebih rendah daripada proses pemejalwapan atau pemendapan, dan ia menunjukkan kecemerlangan dalam menghasilkan P -jenis substrat SiC (Jadual 3) [33, 34].
Rajah 3: Skema tiga teknik pertumbuhan kristal tunggal SiC yang dominan: (a) epitaksi fasa cecair; (b) pengangkutan wap fizikal; (c) pemendapan wap kimia suhu tinggi
Jadual 3: Perbandingan LPE, PVT dan HTCVD untuk mengembangkan kristal tunggal SiC [33, 34]
Pertumbuhan penyelesaian adalah teknologi standard untuk menyediakan semikonduktor kompaun [36]. Sejak tahun 1960-an, penyelidik telah cuba untuk membangunkan kristal dalam larutan [37]. Setelah teknologi dibangunkan, supersaturasi permukaan pertumbuhan boleh dikawal dengan baik, yang menjadikan kaedah penyelesaian sebagai teknologi yang menjanjikan untuk mendapatkan jongkong kristal tunggal berkualiti tinggi.
Untuk pertumbuhan larutan kristal tunggal SiC, sumber Si berpunca daripada leburan Si yang sangat tulen manakala mangkuk grafit berfungsi dengan dua tujuan: pemanas dan sumber terlarut C. Hablur tunggal SiC lebih berkemungkinan tumbuh di bawah nisbah stoikiometri yang ideal apabila nisbah C dan Si hampir kepada 1, menunjukkan ketumpatan kecacatan yang lebih rendah [28]. Walau bagaimanapun, pada tekanan atmosfera, SiC tidak menunjukkan takat lebur dan terurai secara langsung melalui suhu pengewapan melebihi sekitar 2,000 °C. Leburan SiC, mengikut jangkaan teori, hanya boleh terbentuk dalam keadaan teruk dilihat daripada rajah fasa perduaan Si-C (Rajah 4) yang mengikut kecerunan suhu dan sistem penyelesaian. Semakin tinggi C dalam leburan Si berbeza dari 1at.% hingga 13at.%. Ketepuan C yang memacu, semakin cepat kadar pertumbuhan, manakala daya C yang rendah bagi pertumbuhan adalah penepuan C yang didominasi tekanan 109 Pa dan suhu melebihi 3,200 °C. Ia boleh supersaturasi menghasilkan permukaan licin [22, 36-38].suhu antara 1,400 dan 2,800 °C, keterlarutan C dalam leburan Si berbeza dari 1at.% hingga 13at.%. Daya penggerak pertumbuhan adalah supersaturasi C yang didominasi oleh kecerunan suhu dan sistem larutan. Lebih tinggi supersaturasi C, lebih cepat kadar pertumbuhan, manakala supersaturasi C rendah menghasilkan permukaan licin [22, 36-38].
Rajah 4: Gambar rajah fasa binari Si-C [40]
Unsur logam peralihan doping atau unsur nadir bumi bukan sahaja berkesan merendahkan suhu pertumbuhan tetapi nampaknya satu-satunya cara untuk meningkatkan keterlarutan karbon secara drastik dalam leburan Si. Penambahan logam kumpulan peralihan, seperti Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80], dsb. atau logam nadir bumi, seperti Ce [81], Y [82], Sc, dsb. kepada leburan Si membolehkan keterlarutan karbon melebihi 50at.% dalam keadaan hampir kepada keseimbangan termodinamik. Selain itu, teknik LPE sesuai untuk doping jenis P SiC, yang boleh dicapai dengan mengaloi Al ke dalam
pelarut [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Walau bagaimanapun, penggabungan Al membawa kepada peningkatan dalam kerintangan kristal tunggal SiC jenis P [49, 56]. Selain daripada pertumbuhan jenis N di bawah doping nitrogen,
pertumbuhan larutan biasanya berlaku dalam suasana gas lengai. Walaupun helium (He) lebih mahal daripada argon, ia digemari oleh ramai sarjana kerana kelikatannya yang lebih rendah dan kekonduksian terma yang lebih tinggi (8 kali ganda argon) [85]. Kadar migrasi dan kandungan Cr dalam 4H-SiC adalah serupa di bawah atmosfera He dan Ar, terbukti bahawa pertumbuhan di bawah Heresults dalam kadar pertumbuhan yang lebih tinggi daripada pertumbuhan di bawah Ar disebabkan oleh pelesapan haba yang lebih besar pemegang benih [68]. Dia menghalang pembentukan lompang di dalam kristal yang tumbuh dan nukleasi spontan dalam larutan, maka, morfologi permukaan yang licin boleh diperolehi [86].
Makalah ini memperkenalkan pembangunan, aplikasi, dan sifat peranti SiC, dan tiga kaedah utama untuk mengembangkan kristal tunggal SiC. Dalam bahagian berikut, teknik pertumbuhan penyelesaian semasa dan parameter utama yang sepadan telah dikaji semula. Akhir sekali, tinjauan dicadangkan yang membincangkan cabaran dan kerja masa depan mengenai pertumbuhan pukal kristal tunggal SiC melalui kaedah penyelesaian.
Masa siaran: Jul-01-2024