Tliet tekniki ewlenin għat-tkabbir tal-kristall SiC

Kif muri fil-Fig. 3, hemm tliet tekniki dominanti li jimmiraw li jipprovdu SiC kristall wieħed bi kwalità għolja u effciency: epitaxy fażi likwida (LPE), trasport fiżiku tal-fwar (PVT), u depożizzjoni ta 'fwar kimiku f'temperatura għolja (HTCVD). PVT huwa proċess stabbilit sew għall-produzzjoni ta 'kristall wieħed SiC, li huwa użat ħafna fil-manifatturi ewlenin tal-wejfers.

Madankollu, it-tliet proċessi kollha qed jevolvu u jinnovaw malajr. Għadu mhux possibbli li wieħed jgħid liema proċess se jiġi adottat b'mod wiesa' fil-futur. B'mod partikolari, kristall wieħed SiC ta 'kwalità għolja prodott minn tkabbir tas-soluzzjoni b'rata konsiderevoli ġie rrappurtat f'dawn l-aħħar snin, it-tkabbir tal-massa SiC fil-fażi likwida jeħtieġ temperatura aktar baxxa minn dik tal-proċess ta' sublimazzjoni jew depożizzjoni, u juri eċċellenza fil-produzzjoni P -sottostrati SiC tat-tip (Tabella 3) [33, 34].

Fig. 3: Skematika ta' tliet tekniki dominanti ta' tkabbir ta' kristall wieħed SiC: (a) epitassi tal-fażi likwida; (b) trasport fiżiku tal-fwar; (c) depożitu ta' fwar kimiku f'temperatura għolja

Tabella 3: Tqabbil ta 'LPE, PVT u HTCVD għat-tkabbir ta' kristalli singoli SiC [33, 34]

It-tkabbir tas-soluzzjoni huwa teknoloġija standard għall-preparazzjoni tas-semikondutturi komposti [36]. Mis-snin sittin, ir-riċerkaturi ppruvaw jiżviluppaw kristall f'soluzzjoni [37]. Ladarba t-teknoloġija tiġi żviluppata, is-supersaturazzjoni tal-wiċċ tat-tkabbir tista 'tiġi kkontrollata tajjeb, li tagħmel il-metodu tas-soluzzjoni teknoloġija promettenti għall-kisba ta' ingotti ta 'kristall wieħed ta' kwalità għolja.

Għat-tkabbir tas-soluzzjoni tal-kristall wieħed tas-SiC, is-sors tas-Si ġej minn tidwib tas-Si pur ħafna filwaqt li l-griġjol tal-grafita jservi għanijiet doppji: heater u sors tas-solut C. Il-kristalli singoli tas-SiC huma aktar probabbli li jikbru taħt il-proporzjon stojkjometriku ideali meta l-proporzjon ta 'C u Si huwa qrib 1, li jindika densità ta' difett aktar baxxa [28]. Madankollu, fi pressjoni atmosferika, SiC ma juri l-ebda punt tat-tidwib u jiddekomponi direttament permezz ta 'temperaturi ta' vaporizzazzjoni li jaqbżu madwar 2,000 °C. SiC idub, skond l-aspettattivi teoretiċi, jista 'jiġi ffurmat biss taħt severa tidher mid-dijagramma tal-fażi binarja Si-C (Fig. 4) li fil-gradjent tat-temperatura u sistema ta' soluzzjoni. L-ogħla C fit-tidwib tas-Si tvarja minn 1at.% sa 13at.%. Is-supersaturazzjoni C tas-sewqan, iktar ma tkun mgħaġġla r-rata tat-tkabbir, filwaqt li l-forza C baxxa tat-tkabbir hija s-supersaturazzjoni C li hija ddominata pressjoni ta '109 Pa u temperaturi 'l fuq minn 3,200 °C. Jista 'supersaturation jipproduċi wiċċ lixx [22, 36-38].temperaturi bejn 1,400 u 2,800 °C, is-solubilità ta' C fit-tidwib tas-Si tvarja minn 1at.% sa 13at.%. Il-forza li tmexxi t-tkabbir hija s-supersaturazzjoni C li hija ddominata mill-gradjent tat-temperatura u s-sistema tas-soluzzjoni. Iktar ma tkun għolja s-supersaturazzjoni tas-C, iktar tkun mgħaġġla r-rata tat-tkabbir, filwaqt li s-supersaturazzjoni C baxxa tipproduċi wiċċ lixx [22, 36-38].

Fig. 4: Dijagramma tal-fażi binarja Si-C [40]

Elementi tal-metall ta 'transizzjoni tad-doping jew elementi ta' l-art rari mhux biss ibaxxu b'mod effettiv it-temperatura tat-tkabbir iżda jidher li huwa l-uniku mod biex titjieb drastikament is-solubilità tal-karbonju fit-tidwib tas-Si. Iż-żieda ta 'metalli ta' grupp ta 'tranżizzjoni, bħal Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80], eċċ jew metalli rari tad-dinja, bħal Ce [81], Y [82], Sc, eċċ għat-tidwib tas-Si jippermetti li s-solubilità tal-karbonju taqbeż il-50at.% fi stat qrib l-ekwilibriju termodinamiku. Barra minn hekk, it-teknika tal-LPE hija favorevoli għad-doping tat-tip P tas-SiC, li jista 'jinkiseb billi l-Al tingħaqad fis-
solvent [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Madankollu, l-inkorporazzjoni ta 'Al twassal għal żieda fir-reżistività ta' kristalli singoli SiC tat-tip P [49, 56]. Apparti minn tkabbir tat-tip N taħt doping tan-nitroġenu,

it-tkabbir tas-soluzzjoni ġeneralment jipproċedi f'atmosfera ta' gass inert. Għalkemm l-elju (He) jiswa aktar mill-argon, huwa favorit minn ħafna studjużi minħabba l-viskożità aktar baxxa tiegħu u l-konduttività termali ogħla (8 darbiet ta 'argon) [85]. Ir-rata ta 'migrazzjoni u l-kontenut ta' Cr f'4H-SiC huma simili taħt l-atmosfera He u Ar, huwa ppruvat li t-tkabbir taħt Heresults f'rata ta 'tkabbir ogħla minn tkabbir taħtAr minħabba d-dissipazzjoni akbar tas-sħana tad-detentur taż-żerriegħa [68]. Huwa jimpedixxi l-formazzjoni ta 'vojt ġewwa l-kristall imkabbar u n-nukleazzjoni spontanja fis-soluzzjoni, imbagħad, tista' tinkiseb morfoloġija tal-wiċċ lixx [86].

Dan id-dokument introduċa l-iżvilupp, l-applikazzjonijiet u l-proprjetajiet tal-apparat tas-SiC, u t-tliet metodi ewlenin għat-tkabbir tal-kristall wieħed tas-SiC. Fis-sezzjonijiet li ġejjin, ġew riveduti t-tekniki attwali tat-tkabbir tas-soluzzjoni u l-parametri ewlenin korrispondenti. Fl-aħħarnett, ġie propost prospetti li ddiskutew l-isfidi u x-xogħlijiet futuri rigward it-tkabbir bl-ingrossa ta 'kristalli singoli SiC permezz tal-metodu tas-soluzzjoni.