SiC क्रिस्टल वृद्धिको लागि तीन प्रमुख प्रविधिहरू

चित्र 3 मा देखाइए अनुसार, उच्च गुणस्तर र प्रभावकारिताको साथ SiC एकल क्रिस्टल उपलब्ध गराउने उद्देश्यले तीन प्रबल प्रविधिहरू छन्: तरल चरण एपिटेक्सी (LPE), भौतिक भाप यातायात (PVT), र उच्च-तापमान रासायनिक वाष्प निक्षेप (HTCVD)। PVT SiC एकल क्रिस्टल उत्पादन गर्नको लागि राम्रोसँग स्थापित प्रक्रिया हो, जुन प्रमुख वेफर निर्माताहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।

जे होस्, सबै तीन प्रक्रियाहरू द्रुत रूपमा विकसित र नवीन छन्। भविष्यमा कुन प्रक्रियालाई व्यापक रूपमा अवलम्बन गर्ने हो भन्ने अझै टुंगो लाग्न सकेको छैन। विशेष गरी, उच्च-गुणस्तरको SiC एकल क्रिस्टल समाधान वृद्धिद्वारा उत्पादित पर्याप्त दरमा हालैका वर्षहरूमा रिपोर्ट गरिएको छ, तरल चरणमा SiC बल्क वृद्धिलाई उदात्तीकरण वा निक्षेप प्रक्रियाको तुलनामा कम तापक्रम चाहिन्छ, र यसले P उत्पादनमा उत्कृष्टता देखाउँदछ। -प्रकार SiC सब्सट्रेट्स (तालिका ३) [३३, ३४]।

चित्र 3: तीन प्रभावशाली SiC एकल क्रिस्टल वृद्धि प्रविधिहरूको योजनाबद्ध: (a) तरल चरण एपिटेक्सी; (b) भौतिक भाप परिवहन; (c) उच्च-तापमान रासायनिक वाष्प निक्षेप

तालिका ३: बढ्दो SiC एकल क्रिस्टलको लागि LPE, PVT र HTCVD को तुलना [३३, ३४]

समाधान वृद्धि यौगिक अर्धचालकहरू [36] तयारीको लागि एक मानक प्रविधि हो। 1960 देखि, शोधकर्ताहरूले समाधानमा क्रिस्टल विकास गर्ने प्रयास गरेका छन् [37]। एक पटक टेक्नोलोजी विकसित भएपछि, वृद्धि सतहको सुपरस्याचुरेसनलाई राम्रोसँग नियन्त्रण गर्न सकिन्छ, जसले समाधान विधिलाई उच्च गुणस्तरको एकल क्रिस्टल इन्गटहरू प्राप्त गर्नको लागि एक आशाजनक प्रविधि बनाउँछ।

SiC एकल क्रिस्टलको समाधान वृद्धिको लागि, Si स्रोत अत्यधिक शुद्ध Si पिघलबाट उत्पन्न हुन्छ जबकि ग्रेफाइट क्रुसिबलले दोहोरो उद्देश्यहरू पूरा गर्दछ: हीटर र C घुलनशील स्रोत। SiC एकल क्रिस्टलहरू आदर्श stoichiometric अनुपात अन्तर्गत बढ्ने सम्भावना बढी हुन्छ जब C र Si को अनुपात 1 को नजिक हुन्छ, कम दोष घनत्व [28] को संकेत गर्दछ। यद्यपि, वायुमण्डलीय चापमा, SiC ले कुनै पग्लने बिन्दु देखाउँदैन र लगभग 2,000 डिग्री सेल्सियस भन्दा बढि वाष्पीकरण तापमान मार्फत सीधै विघटन गर्दछ। SiC पिघलिन्छ, सैद्धान्तिक अपेक्षाहरू अनुसार, केवल गम्भीर अन्तर्गत गठन गर्न सकिन्छ Si-C बाइनरी चरण रेखाचित्र (चित्र 4) बाट देख्न सकिन्छ कि तापमान ढाँचा र समाधान प्रणाली द्वारा। Si पिघलिएको C मा 1at.% देखि 13at.% सम्म फरक हुन्छ। ड्राइभिङ C सुपरस्याचुरेसन, तीव्र वृद्धि दर, जबकि वृद्धि को कम C बल C सुपरस्याचुरेसन हो जुन 109 Pa को दबाब र 3,200 डिग्री सेल्सियस भन्दा माथिको तापमान छ। यो सुपरस्याचुरेसनले चिल्लो सतह [22, 36-38] उत्पादन गर्न सक्छ। तापमान 1,400 र 2,800 °C को बीचमा, Si पिघलमा C को घुलनशीलता 1at.% देखि 13at.% सम्म भिन्न हुन्छ। वृद्धिको चालक शक्ति C सुपरस्याचुरेसन हो जुन तापमान ढाँचा र समाधान प्रणाली द्वारा हावी हुन्छ। सी सुपरस्याचुरेसन जति उच्च हुन्छ, विकास दर त्यति नै छिटो हुन्छ, जबकि कम सी सुपरस्याचुरेसनले चिल्लो सतह उत्पादन गर्छ [२२, ३६-३८]।

चित्र ४: Si-C बाइनरी चरण रेखाचित्र [४०]

डोपिङ ट्रान्जिसन मेटल एलिमेन्टहरू वा दुर्लभ-पृथ्वी तत्वहरूले प्रभावकारी रूपमा वृद्धिको तापमानलाई कम मात्र गर्दैन तर सी मेल्टमा कार्बन घुलनशीलतालाई तीव्र रूपमा सुधार गर्ने एक मात्र तरिका देखिन्छ। संक्रमण समूह धातुहरूको थप, जस्तै Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80], आदि वा दुर्लभ पृथ्वी धातुहरू, जस्तै Ce [81], Y [82], Sc, इत्यादि Si को पग्लिन्छ कार्बन घुलनशीलता 50at.% भन्दा बढी हुन अनुमति दिन्छ थर्मोडायनामिक सन्तुलनको नजिक राज्यमा। यसबाहेक, एलपीई प्रविधि SiC को पी-टाइप डोपिङको लागि अनुकूल छ, जुन अलमा मिश्रित गरेर प्राप्त गर्न सकिन्छ।
विलायक [५०, ५३, ५६, ५९, ६४, ७१-७३, ८२, ८३]। यद्यपि, अलको समावेशले P-प्रकार SiC एकल क्रिस्टलको प्रतिरोधात्मकतामा वृद्धि निम्त्याउँछ [49, 56]।नाइट्रोजन डोपिङ अन्तर्गत N-प्रकारको वृद्धि बाहेक,

समाधान वृद्धि सामान्यतया एक अक्रिय ग्यास वातावरणमा अगाडि बढ्छ। यद्यपि हेलियम (He) आर्गन भन्दा महँगो छ, यो यसको कम चिपचिपापन र उच्च थर्मल चालकता (आर्गन को 8 गुणा) [85] को कारण धेरै विद्वानहरु द्वारा अनुमोदित छ। माइग्रेसन दर र 4H-SiC मा Cr सामग्री He र Ar वायुमण्डल अन्तर्गत समान छन्, यो प्रमाणित हुन्छ कि बीउ धारकको ठूलो तातो अपव्ययको कारणले गर्दा एआर अन्तर्गतको वृद्धि भन्दा उच्च वृद्धि दरमा वृद्धि हुन्छ [68]। उहाँले बढेको क्रिस्टल भित्र voids गठन र समाधान मा सहज nucleation बाधा, त्यसपछि, एक चिल्लो सतह आकारिकी प्राप्त गर्न सकिन्छ [86]।

यस पेपरले विकास, अनुप्रयोगहरू, र SiC उपकरणहरूको गुणहरू, र SiC एकल क्रिस्टल बढ्नको लागि तीन मुख्य विधिहरू प्रस्तुत गर्‍यो। निम्न खण्डहरूमा, हालको समाधान वृद्धि प्रविधिहरू र सम्बन्धित मुख्य प्यारामिटरहरू समीक्षा गरियो। अन्तमा, एक दृष्टिकोण प्रस्ताव गरिएको थियो जसले समाधान विधि मार्फत SiC एकल क्रिस्टलको थोक वृद्धिको सन्दर्भमा चुनौतीहरू र भविष्यका कार्यहरू छलफल गर्यो।