Som visas i fig. 3 finns det tre dominerande tekniker som syftar till att ge SiC-enkristall med hög kvalitet och effektivitet: vätskefasepitaxi (LPE), fysisk ångtransport (PVT) och kemisk ångavsättning vid hög temperatur (HTCVD). PVT är en väletablerad process för att producera SiC-enkristall, som används i stor utsträckning hos stora wafertillverkare.
Men alla de tre processerna utvecklas och förnyas snabbt. Det är ännu inte möjligt att avgöra vilken process som kommer att bli allmänt antagen i framtiden. Speciellt har högkvalitativ SiC-enkristall framställd genom lösningstillväxt i en avsevärd hastighet rapporterats under de senaste åren, SiC-bulktillväxt i vätskefasen kräver en lägre temperatur än sublimerings- eller deponeringsprocessen, och den visar utmärkthet i att producera P SiC-substrat (tabell 3) [33, 34].
Fig. 3: Schematisk bild av tre dominerande SiC-enkristalltillväxttekniker: (a) vätskefasepitaxi; b) Fysisk ångtransport. (c) Kemisk ångavsättning vid hög temperatur
Tabell 3: Jämförelse av LPE, PVT och HTCVD för växande SiC-enkristaller [33, 34]
Lösningstillväxt är en standardteknik för framställning av sammansatta halvledare [36]. Sedan 1960-talet har forskare försökt utveckla en kristall i lösning [37]. När väl tekniken är utvecklad kan övermättnaden av växtytan kontrolleras väl, vilket gör lösningsmetoden till en lovande teknik för att erhålla högkvalitativa enkristallgöt.
För lösningstillväxt av SiC-enkristall härstammar Si-källan från mycket ren Si-smälta medan grafitdegeln tjänar dubbla syften: värmare och C-källa för löst ämne. SiC-enkristaller är mer benägna att växa under det ideala stökiometriska förhållandet när förhållandet mellan C och Si är nära 1, vilket indikerar en lägre defektdensitet [28]. Men vid atmosfärstryck visar SiC ingen smältpunkt och sönderdelas direkt via förångning vid temperaturer som överstiger cirka 2 000 °C. SiC-smältor, enligt teoretiska förväntningar, kan endast bildas under svåra ses från Si-C binära fasdiagrammet (fig. 4) som vid temperaturgradient och lösningssystem. Ju högre C i Si-smältan varierar från 1 at.% till 13 at.%. Den drivande C-övermättnaden, desto snabbare tillväxthastighet, medan låg C-kraft av tillväxten är C-övermättnaden som domineras av ett tryck på 109 Pa och temperaturer över 3 200 °C. Det kan övermättnad ger en slät yta [22, 36-38]. temperaturer mellan 1 400 och 2 800 °C, lösligheten av C i Si-smältan varierar från 1at.% till 13at.%. Drivkraften för tillväxten är C-övermättnaden som domineras av temperaturgradient och lösningssystem. Ju högre C-övermättnad desto snabbare tillväxthastighet, medan låg C-övermättnad ger en slät yta [22, 36-38].
Fig. 4: Si-C binärt fasdiagram [40]
Doping av övergångsmetallelement eller sällsynta jordartsmetaller sänker inte bara tillväxttemperaturen effektivt utan verkar vara det enda sättet att drastiskt förbättra kollösligheten i Si-smältan. Tillsats av metaller från övergångsgrupp, såsom Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80], etc. eller sällsynta jordartsmetaller, såsom Ce [81], Y [82], Sc, etc. till Si-smältan gör att kollösligheten överstiger 50at.% i ett tillstånd nära termodynamisk jämvikt. Dessutom är LPE-teknik gynnsam för dopning av P-typ av SiC, vilket kan uppnås genom att legera Al i
lösningsmedel [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Införlivandet av Al leder dock till en ökning av resistiviteten hos P-typ SiC-enkristaller [49, 56]. Bortsett från N-typ tillväxt under kvävedopning,
lösningstillväxt fortskrider i allmänhet i en inert gasatmosfär. Även om helium (He) är dyrare än argon, är det gynnat av många forskare på grund av dess lägre viskositet och högre värmeledningsförmåga (8 gånger argon) [85]. Migrationshastigheten och Cr-innehållet i 4H-SiC är liknande under He- och Ar-atmosfären, det är bevisat att tillväxt under Here resulterar i en högre tillväxthastighet än tillväxt underAr på grund av den större värmeavledningen från fröhållaren [68]. Han hindrar tomrumsbildningen inuti den växande kristallen och spontan kärnbildning i lösningen, då kan en slät ytmorfologi erhållas [86].
Denna artikel introducerade utvecklingen, tillämpningarna och egenskaperna hos SiC-enheter och de tre huvudsakliga metoderna för att odla SiC-enkristall. I följande avsnitt granskades nuvarande lösningstillväxttekniker och motsvarande nyckelparametrar. Slutligen föreslogs en outlook som diskuterade utmaningarna och framtida arbeten angående bulktillväxten av SiC-enkristaller via lösningsmetod.
Posttid: 2024-01-01