Siç tregohet në figurën 3, ekzistojnë tre teknika mbizotëruese që synojnë të ofrojnë një kristal SiC me cilësi dhe efikasitet të lartë: epitaksia e fazës së lëngshme (LPE), transporti fizik i avullit (PVT) dhe depozitimi i avullit kimik në temperaturë të lartë (HTCVD). PVT është një proces i mirë-krijuar për prodhimin e kristalit të SiC, i cili përdoret gjerësisht në prodhuesit kryesorë të vaferave.
Megjithatë, të tre proceset po evoluojnë me shpejtësi dhe po inovative. Nuk është ende e mundur të shmanget se cili proces do të miratohet gjerësisht në të ardhmen. Veçanërisht, një kristal SiC me cilësi të lartë i prodhuar nga rritja e tretësirës me një ritëm të konsiderueshëm është raportuar në vitet e fundit, rritja e madhe e SiC në fazën e lëngshme kërkon një temperaturë më të ulët se ajo e procesit të sublimimit ose depozitimit, dhe tregon përsosmëri në prodhimin e P. -substrate të tipit SiC (Tabela 3) [33, 34].
Fig. 3: Skema e tre teknikave mbizotëruese të rritjes me një kristal SiC: (a) epitaksia e fazës së lëngshme; (b) transporti fizik i avullit; (c) depozitimi i avullit kimik në temperaturë të lartë
Tabela 3: Krahasimi i LPE, PVT dhe HTCVD për rritjen e kristaleve të vetme SiC [33, 34]
Rritja e solucionit është një teknologji standarde për përgatitjen e gjysmëpërçuesve të përbërë [36]. Që nga vitet 1960, studiuesit janë përpjekur të zhvillojnë një kristal në tretësirë [37]. Pasi të zhvillohet teknologjia, mbingopja e sipërfaqes së rritjes mund të kontrollohet mirë, gjë që e bën metodën e zgjidhjes një teknologji premtuese për marrjen e shufrave me një kristal të cilësisë së lartë.
Për rritjen e solucionit të kristalit të vetëm SiC, burimi Si rrjedh nga shkrirja Si shumë e pastër, ndërsa gropa e grafitit shërben për qëllime të dyfishta: ngrohës dhe burim i tretësirës C. Kristalet e vetme SiC kanë më shumë gjasa të rriten nën raportin ideal stoikiometrik kur raporti i C dhe Si është afër 1, duke treguar një densitet më të ulët të defektit [28]. Megjithatë, në presionin atmosferik, SiC nuk tregon pikë shkrirjeje dhe dekompozohet drejtpërdrejt nëpërmjet temperaturave të avullimit që tejkalojnë rreth 2000 °C. Shkrirjet e SiC, sipas pritshmërive teorike, mund të formohen vetëm në raste të rënda, duke u parë nga diagrami i fazës binare Si-C (Fig. 4) që sipas gradientit të temperaturës dhe sistemit të zgjidhjes. Sa më i lartë C në shkrirjen Si varion nga 1at.% në 13at.%. Mbingopja nxitëse C, aq më e shpejtë është shkalla e rritjes, ndërsa forca e ulët C e rritjes është mbingopja C që dominon presionin prej 109 Pa dhe temperaturat mbi 3200 °C. Mbingopja mund të prodhojë një sipërfaqe të lëmuar [22, 36-38]. Temperaturat midis 1400 dhe 2800 °C, tretshmëria e C në shkrirjen Si varion nga 1at.% në 13at.%. Forca lëvizëse e rritjes është mbingopja C që dominohet nga gradienti i temperaturës dhe sistemi i tretësirës. Sa më i lartë të jetë mbingopja C, aq më e shpejtë është shkalla e rritjes, ndërsa mbingopja e ulët C prodhon një sipërfaqe të lëmuar [22, 36-38].
Fig. 4: Diagrami i fazës binare Si-C [40]
Elementet e metalit kalimtar të dopingut ose elementët e tokës së rrallë jo vetëm që ulin në mënyrë efektive temperaturën e rritjes, por duket se janë mënyra e vetme për të përmirësuar në mënyrë drastike tretshmërinë e karbonit në shkrirjen Si. Shtimi i metaleve të grupit kalimtar, si Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80], etj. ose metale të rralla të tokës, si Ce [81], Y [82], Sc, etj. në shkrirjen Si lejon tretshmërinë e karbonit të kalojë 50 at.% në një gjendje afër ekuilibrit termodinamik. Për më tepër, teknika LPE është e favorshme për dopingun e tipit P të SiC, i cili mund të arrihet duke aliazhuar Al në
tretës [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Megjithatë, inkorporimi i Al çon në një rritje të rezistencës së kristaleve të vetme SiC të tipit P [49, 56]. Përveç rritjes së tipit N nën dopingun e azotit,
rritja e solucionit në përgjithësi vazhdon në një atmosferë gazi inert. Megjithëse heliumi (He) është më i shtrenjtë se argoni, ai favorizohet nga shumë studiues për shkak të viskozitetit më të ulët dhe përçueshmërisë më të lartë termike (8 herë argon) [85]. Shkalla e migrimit dhe përmbajtja e Cr në 4H-SiC janë të ngjashme në atmosferën He dhe Ar, është vërtetuar se rritja nën Here rezulton në një normë rritjeje më të lartë se rritja nën Ar për shkak të shpërndarjes më të madhe të nxehtësisë së mbajtësit të farës [68]. Ai pengon formimin e zbrazëtirave brenda kristalit të rritur dhe bërthamën spontane në tretësirë, pastaj mund të merret një morfologji e sipërfaqes së lëmuar [86].
Ky punim prezantoi zhvillimin, aplikimet dhe vetitë e pajisjeve SiC dhe tre metodat kryesore për rritjen e kristalit të SiC. Në seksionet në vijim, u rishikuan teknikat aktuale të rritjes së zgjidhjes dhe parametrat kryesorë përkatës. Më në fund, u propozua një këndvështrim që diskutonte sfidat dhe punët e ardhshme në lidhje me rritjen e madhe të kristaleve të vetme SiC nëpërmjet metodës së zgjidhjes.
Koha e postimit: Korrik-01-2024