Mbinu tatu kuu za ukuaji wa fuwele za SiC

Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro wa 3, kuna mbinu tatu kuu zinazolenga kutoa fuwele moja ya SiC yenye ubora wa juu na ufanisi: epitaksi ya awamu ya kioevu (LPE), usafiri wa mvuke halisi (PVT), na uwekaji wa mvuke wa kemikali wa joto la juu (HTCVD). PVT ni mchakato ulioanzishwa vyema wa kutengeneza fuwele moja ya SiC, ambayo hutumiwa sana katika watengenezaji wakuu wa kaki.

Walakini, michakato yote mitatu inabadilika haraka na inabuniwa. Bado haiwezekani kuzuia ni mchakato gani utapitishwa sana katika siku zijazo. Hasa, kioo cha ubora wa juu cha SiC kinachozalishwa na ukuaji wa ufumbuzi kwa kiwango kikubwa kimeripotiwa katika miaka ya hivi karibuni, ukuaji wa wingi wa SiC katika awamu ya kioevu inahitaji joto la chini kuliko ile ya mchakato wa usablimishaji au uwekaji, na inaonyesha ubora katika kuzalisha P. -aina substrates za SiC (Jedwali 3) [33, 34].

Mtini. 3: Mchoro wa mbinu tatu kuu za ukuaji wa fuwele za SiC: (a) epitaksi ya awamu ya kioevu; (b) usafirishaji wa mvuke halisi; (c) uwekaji wa mvuke wa kemikali wa kiwango cha juu cha joto

Jedwali la 3: Ulinganisho wa LPE, PVT na HTCVD kwa kukuza fuwele moja za SiC [33, 34]

Ukuaji wa suluhisho ni teknolojia ya kawaida ya kuandaa semiconductors kiwanja [36]. Tangu miaka ya 1960, watafiti wamejaribu kutengeneza fuwele katika suluhisho [37]. Mara tu teknolojia inapoendelezwa, kueneza kwa uso wa ukuaji kunaweza kudhibitiwa vizuri, ambayo inafanya njia ya suluhisho kuwa teknolojia ya kuahidi ya kupata ingoti za kioo za ubora wa juu.

Kwa ajili ya ukuzaji wa suluhu ya fuwele moja ya SiC, chanzo cha Si kinatokana na kuyeyuka kwa Si safi sana huku kisanduku cha grafiti kikitumika kwa madhumuni mawili: hita na chanzo cha C solute. Fuwele za SiC moja zina uwezekano mkubwa wa kukua chini ya uwiano bora wa stoichiometric wakati uwiano wa C na Si unakaribia 1, ikionyesha msongamano wa chini wa kasoro [28]. Hata hivyo, kwa shinikizo la angahewa, SiC haionyeshi kiwango myeyuko na hutengana moja kwa moja kupitia halijoto ya mvuke inayozidi karibu 2,000 °C. SiC melts, kulingana na matarajio ya kinadharia, inaweza tu sumu chini ya kali kuonekana kutoka Si-C binary awamu mchoro (Mtini. 4) kwamba kwa joto gradient na mfumo wa ufumbuzi. Kiwango cha juu cha C katika kuyeyuka kwa Si hutofautiana kutoka 1at.% hadi 13at.%. Kuzidisha kwa joto kwa C, ndivyo kasi ya ukuaji inavyoongezeka, wakati nguvu ya chini ya C ya ukuaji ni C supersaturation ambayo inaongozwa na shinikizo la 109 Pa na halijoto zaidi ya 3,200 °C. Inaweza kueneza zaidi huzalisha uso laini [22, 36-38].joto kati ya 1,400 na 2,800 °C, umumunyifu wa C katika kuyeyuka kwa Si hutofautiana kutoka 1at.% hadi 13at.%. Kichocheo cha ukuaji ni upenyezaji wa C ambao unatawaliwa na gradient ya joto na mfumo wa suluhisho. Kadiri mjazo wa C ulivyo juu, ndivyo kasi ya ukuaji inavyoongezeka, huku upenyezaji wa C wa chini ukitoa uso laini [22, 36-38].

Kielelezo cha 4: Mchoro wa awamu ya binary wa Si-C [40]

Vipengee vya chuma vya mpito vya doping au vipengee adimu vya ardhi sio tu kupunguza kwa ufanisi halijoto ya ukuaji lakini inaonekana kuwa njia pekee ya kuboresha kwa kiasi kikubwa umumunyifu wa kaboni katika Si kuyeyuka. Ongezeko la metali za kikundi cha mpito, kama vile Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80], n.k. au metali adimu za ardhini, kama vile Ce [81], Y [82], Sc, n.k. kwa Si kuyeyuka huruhusu kaboni. umumunyifu kuzidi 50at.% katika hali iliyo karibu na msawazo wa thermodynamic. Zaidi ya hayo, mbinu ya LPE inafaa kwa aina ya P-doping ya SiC, ambayo inaweza kupatikana kwa kuunganisha Al kwenye
kutengenezea [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Hata hivyo, kuingizwa kwa Al husababisha kuongezeka kwa kupinga kwa fuwele moja ya P-aina ya SiC [49, 56]. Mbali na ukuaji wa aina ya N chini ya doping ya nitrojeni,

ukuaji wa suluhisho kwa ujumla huendelea katika angahewa ya gesi ajizi. Ingawa heliamu (He) ni ghali zaidi kuliko argon, inapendelewa na wasomi wengi kutokana na mnato wake wa chini na conductivity ya juu ya mafuta (mara 8 ya argon) [85]. Kiwango cha uhamiaji na maudhui ya Cr katika 4H-SiC ni sawa chini ya anga ya He na Ar, imethibitishwa kuwa ukuaji chini ya Heresults katika kiwango cha juu cha ukuaji kuliko ukuaji chini ya Ar kutokana na utawanyiko mkubwa wa joto wa mmiliki wa mbegu [68]. Yeye huzuia uundaji wa voids ndani ya fuwele iliyokua na nucleation ya hiari katika suluhisho, basi, mofolojia ya uso laini inaweza kupatikana [86].

Karatasi hii ilianzisha ukuzaji, matumizi, na sifa za vifaa vya SiC, na njia kuu tatu za kukuza fuwele moja ya SiC. Katika sehemu zifuatazo, mbinu za ukuaji wa ufumbuzi wa sasa na vigezo muhimu vinavyolingana vilipitiwa. Hatimaye, mtazamo ulipendekezwa ambao ulijadili changamoto na kazi za baadaye kuhusu ukuaji wa wingi wa fuwele za SiC moja kupitia njia ya ufumbuzi.