Ako je znázornené na obr. 3, existujú tri dominantné techniky, ktorých cieľom je poskytnúť monokryštál SiC s vysokou kvalitou a účinnosťou: epitaxia v kvapalnej fáze (LPE), fyzikálny transport pár (PVT) a vysokoteplotné chemické nanášanie pár (HTCVD). PVT je dobre zavedený proces výroby monokryštálov SiC, ktorý je široko používaný u hlavných výrobcov doštičiek.
Všetky tri procesy sa však rýchlo vyvíjajú a inovujú. Zatiaľ nie je možné odhadnúť, ktorý proces bude v budúcnosti široko prijatý. Najmä vysokokvalitný monokryštál SiC produkovaný značnou rýchlosťou rastu roztoku bol v posledných rokoch hlásený, objemový rast SiC v kvapalnej fáze vyžaduje nižšiu teplotu ako pri procese sublimácie alebo depozície a demonštruje dokonalosť pri výrobe P -typ SiC substrátov (tab. 3) [33, 34].
Obr. 3: Schéma troch dominantných techník rastu monokryštálov SiC: (a) epitaxia v kvapalnej fáze; b) fyzikálny transport pár; c) chemická depozícia pri vysokej teplote
Tabuľka 3: Porovnanie LPE, PVT a HTCVD pre rast monokryštálov SiC [33, 34]
Rast roztoku je štandardná technológia na prípravu zložených polovodičov [36]. Od 60. rokov 20. storočia sa výskumníci pokúšali vyvinúť kryštál v roztoku [37]. Akonáhle je technológia vyvinutá, presýtenie rastového povrchu môže byť dobre kontrolované, čo robí z metódy riešenia sľubnú technológiu na získanie vysokokvalitných monokryštálových ingotov.
Pre rast monokryštálu SiC v roztoku zdroj Si pochádza z vysoko čistej taveniny Si, zatiaľ čo grafitový téglik slúži na dvojaké účely: ohrievač a zdroj rozpustenej látky C. Monokryštály SiC s väčšou pravdepodobnosťou rastú pri ideálnom stechiometrickom pomere, keď je pomer C a Si blízky 1, čo naznačuje nižšiu hustotu defektov [28]. Pri atmosférickom tlaku však SiC nevykazuje žiadnu teplotu topenia a rozkladá sa priamo pri teplotách odparovania presahujúcich okolo 2 000 °C. Taveniny SiC sa podľa teoretických predpokladov môžu tvoriť len za ťažkých podmienok, ako je zrejmé z binárneho fázového diagramu Si-C (obr. 4), pri teplotnom gradiente a systéme roztoku. Čím vyšší je obsah C v tavenine Si, pohybuje sa od 1 at.% do 13at.%. Riadiaca presýtenie C, tým rýchlejšia rýchlosť rastu, zatiaľ čo nízka C sila rastu je presýtenie C, ktorému dominuje tlak 109 Pa a teploty nad 3 200 °C. Jeho presýtenie vytvára hladký povrch [22, 36-38]. pri teplotách medzi 1 400 a 2 800 °C sa rozpustnosť C v tavenine Si pohybuje od 1 at.% do 13 at.%. Hnacou silou rastu je presýtenie C, ktorému dominuje teplotný gradient a systém roztoku. Čím vyššie je presýtenie C, tým rýchlejšia je rýchlosť rastu, zatiaľ čo nízke presýtenie C vytvára hladký povrch [22, 36-38].
4: Si-C binárny fázový diagram [40] Obr.
Dopovanie prvkov prechodného kovu alebo prvkov vzácnych zemín nielen účinne znižuje teplotu rastu, ale zdá sa, že je to jediný spôsob, ako drasticky zlepšiť rozpustnosť uhlíka v tavenine Si. Pridanie kovov prechodnej skupiny, ako je Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80] atď. alebo kovy vzácnych zemín, ako je Ce [81], Y [82], Sc, atď. do taveniny Si umožňuje, aby rozpustnosť uhlíka prekročila 50 at. % v stave blízkom termodynamickej rovnováhe. Okrem toho je technika LPE priaznivá pre dopovanie SiC typu P, ktoré možno dosiahnuť legovaním Al do
rozpúšťadlo [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Inkorporácia Al však vedie k zvýšeniu rezistivity monokryštálov SiC typu P [49, 56]. Okrem rastu typu N pod dopingom dusíka,
rast roztoku vo všeobecnosti prebieha v atmosfére inertného plynu. Hoci je hélium (He) drahšie ako argón, mnohí vedci ho uprednostňujú kvôli jeho nižšej viskozite a vyššej tepelnej vodivosti (8-násobok argónu) [85]. Rýchlosť migrácie a obsah Cr v 4H-SiC sú podobné v atmosfére He a Ar, je dokázané, že rast pod Heres má za následok vyššiu rýchlosť rastu ako rast pod Ar v dôsledku väčšieho rozptylu tepla nosiča semien [68]. Bráni tvorbe dutín vo vnútri rastúceho kryštálu a spontánnej nukleácii v roztoku, potom možno získať hladkú povrchovú morfológiu [86].
Tento článok predstavil vývoj, aplikácie a vlastnosti zariadení SiC a tri hlavné metódy pestovania monokryštálov SiC. V nasledujúcich častiach boli preskúmané súčasné techniky rastu riešení a zodpovedajúce kľúčové parametre. Nakoniec bol navrhnutý výhľad, ktorý diskutoval o výzvach a budúcich prácach týkajúcich sa hromadného rastu monokryštálov SiC pomocou metódy roztoku.
Čas odoslania: Júl-01-2024