SiC క్రిస్టల్ పెరుగుదలకు మూడు ప్రధాన పద్ధతులు

అంజీర్ 3లో చూపినట్లుగా, SiC సింగిల్ క్రిస్టల్‌ను అధిక నాణ్యత మరియు సమర్థతతో అందించాలనే లక్ష్యంతో మూడు ఆధిపత్య పద్ధతులు ఉన్నాయి: లిక్విడ్ ఫేజ్ ఎపిటాక్సీ (LPE), ఫిజికల్ ఆవిరి రవాణా (PVT), మరియు అధిక-ఉష్ణోగ్రత రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (HTCVD). PVT అనేది SiC సింగిల్ క్రిస్టల్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి బాగా స్థిరపడిన ప్రక్రియ, ఇది ప్రధాన పొర తయారీదారులలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది.

అయితే, ఈ మూడు ప్రక్రియలు వేగంగా అభివృద్ధి చెందుతున్నాయి మరియు నూతనమైనవి. భవిష్యత్తులో ఏ ప్రక్రియ విస్తృతంగా అవలంబించబడుతుందో ఇంకా చెప్పలేము. ముఖ్యంగా, అధిక-నాణ్యత SiC సింగిల్ క్రిస్టల్ గణనీయమైన స్థాయిలో ద్రావణం ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిందని ఇటీవలి సంవత్సరాలలో నివేదించబడింది, ద్రవ దశలో SiC బల్క్ పెరుగుదలకు సబ్లిమేషన్ లేదా డిపాజిషన్ ప్రక్రియ కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రత అవసరం మరియు ఇది P ఉత్పత్తి చేయడంలో శ్రేష్ఠతను ప్రదర్శిస్తుంది. -రకం SiC సబ్‌స్ట్రేట్‌లు (టేబుల్ 3) [33, 34].

Fig. 3: మూడు ఆధిపత్య SiC సింగిల్ క్రిస్టల్ గ్రోత్ టెక్నిక్‌ల స్కీమాటిక్: (a) లిక్విడ్ ఫేజ్ ఎపిటాక్సీ; (బి) భౌతిక ఆవిరి రవాణా; (సి) అధిక-ఉష్ణోగ్రత రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ

టేబుల్ 3: పెరుగుతున్న SiC సింగిల్ క్రిస్టల్స్ కోసం LPE, PVT మరియు HTCVD పోలిక [33, 34]

పరిష్కారం పెరుగుదల అనేది సమ్మేళనం సెమీకండక్టర్లను సిద్ధం చేయడానికి ఒక ప్రామాణిక సాంకేతికత [36]. 1960ల నుండి, పరిశోధకులు ఒక క్రిస్టల్‌ను ద్రావణంలో అభివృద్ధి చేయడానికి ప్రయత్నించారు [37]. సాంకేతికత అభివృద్ధి చెందిన తర్వాత, పెరుగుదల ఉపరితలం యొక్క సూపర్‌సాచురేషన్‌ను బాగా నియంత్రించవచ్చు, ఇది పరిష్కార పద్ధతిని అధిక-నాణ్యత సింగిల్ క్రిస్టల్ కడ్డీలను పొందేందుకు ఒక మంచి సాంకేతికతను చేస్తుంది.

SiC సింగిల్ క్రిస్టల్ యొక్క పరిష్కార పెరుగుదల కోసం, Si మూలం అత్యంత స్వచ్ఛమైన Si కరుగు నుండి ఉద్భవించింది, అయితే గ్రాఫైట్ క్రూసిబుల్ ద్వంద్వ ప్రయోజనాలను అందిస్తుంది: హీటర్ మరియు C ద్రావణ మూలం. సి మరియు సి నిష్పత్తి 1కి దగ్గరగా ఉన్నప్పుడు SiC సింగిల్ స్ఫటికాలు ఆదర్శ స్టోయికియోమెట్రిక్ నిష్పత్తిలో పెరిగే అవకాశం ఉంది, ఇది తక్కువ లోపం సాంద్రతను సూచిస్తుంది [28]. అయినప్పటికీ, వాతావరణ పీడనం వద్ద, SiC ద్రవీభవన స్థానం చూపదు మరియు 2,000 °C కంటే ఎక్కువ బాష్పీభవన ఉష్ణోగ్రతల ద్వారా నేరుగా కుళ్ళిపోతుంది. SiC కరుగుతుంది, సైద్ధాంతిక అంచనాల ప్రకారం, ఉష్ణోగ్రత గ్రేడియంట్ మరియు సొల్యూషన్ సిస్టమ్ ద్వారా Si-C బైనరీ ఫేజ్ రేఖాచిత్రం (Fig. 4) నుండి చూడవచ్చు. Si మెల్ట్‌లో ఎక్కువ C అనేది 1at.% నుండి 13at.% వరకు మారుతుంది. డ్రైవింగ్ C సూపర్‌శాచురేషన్, వేగంగా వృద్ధి రేటు, అయితే పెరుగుదల యొక్క తక్కువ C శక్తి C సూపర్‌సాచురేషన్, ఇది 109 Pa యొక్క ఆధిపత్య పీడనం మరియు 3,200 °C కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రతలు. ఇది ఒక మృదువైన ఉపరితలాన్ని [22, 36-38] ఉత్పత్తి చేయగలదు. 1,400 మరియు 2,800 °C మధ్య ఉష్ణోగ్రతలు, Si కరుగులో C యొక్క ద్రావణీయత 1at.% నుండి 13at.% వరకు మారుతుంది. పెరుగుదల యొక్క చోదక శక్తి C సూపర్‌సాచురేషన్, ఇది ఉష్ణోగ్రత ప్రవణత మరియు పరిష్కార వ్యవస్థ ద్వారా ఆధిపత్యం చెలాయిస్తుంది. C సూపర్‌శాచురేషన్ ఎక్కువైతే, వృద్ధి రేటు వేగంగా ఉంటుంది, అయితే తక్కువ C సూపర్‌సాచురేషన్ మృదువైన ఉపరితలాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది [22, 36-38].

Fig. 4: Si-C బైనరీ ఫేజ్ రేఖాచిత్రం [40]

డోపింగ్ ట్రాన్సిషన్ మెటల్ ఎలిమెంట్స్ లేదా అరుదైన-ఎర్త్ ఎలిమెంట్స్ వృద్ధి ఉష్ణోగ్రతను సమర్థవంతంగా తగ్గించడమే కాకుండా Si మెల్ట్‌లో కార్బన్ ద్రావణీయతను తీవ్రంగా మెరుగుపరచడానికి ఏకైక మార్గం. Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- వంటి పరివర్తన సమూహ లోహాల జోడింపు 80], మొదలైనవి థర్మోడైనమిక్ సమతుల్యతకు దగ్గరగా ఉన్న స్థితిలో 50at.% కంటే ఎక్కువ ద్రావణీయత. అంతేకాకుండా, SiC యొక్క P-రకం డోపింగ్‌కు LPE టెక్నిక్ అనుకూలంగా ఉంటుంది, దీనిని Al ను మిశ్రమం చేయడం ద్వారా సాధించవచ్చు.
ద్రావకం [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. అయినప్పటికీ, Al యొక్క విలీనం P-రకం SiC సింగిల్ క్రిస్టల్స్ [49, 56] యొక్క రెసిస్టివిటీ పెరుగుదలకు దారితీస్తుంది. నైట్రోజన్ డోపింగ్ కింద N-రకం పెరుగుదల కాకుండా,

పరిష్కారం పెరుగుదల సాధారణంగా జడ వాయువు వాతావరణంలో కొనసాగుతుంది. హీలియం (అతను) ఆర్గాన్ కంటే ఖరీదైనది అయినప్పటికీ, దాని తక్కువ స్నిగ్ధత మరియు అధిక ఉష్ణ వాహకత (8 సార్లు ఆర్గాన్) [85] కారణంగా చాలా మంది పండితులు దీనిని ఇష్టపడతారు. 4H-SiCలోని మైగ్రేషన్ రేటు మరియు Cr కంటెంట్ He మరియు Ar వాతావరణంలో సమానంగా ఉంటాయి, విత్తన హోల్డర్ యొక్క పెద్ద వేడి వెదజల్లడం వలన హెరెసల్ట్స్ కింద వృద్ధి రేటు అండర్ ఆర్ అండర్ కంటే ఎక్కువ వృద్ధి రేటులో ఉందని నిరూపించబడింది [68]. అతను పెరిగిన క్రిస్టల్ లోపల శూన్యాలు ఏర్పడటానికి ఆటంకం కలిగిస్తుంది మరియు ద్రావణంలో ఆకస్మిక న్యూక్లియేషన్, అప్పుడు, మృదువైన ఉపరితల స్వరూపాన్ని పొందవచ్చు [86].

ఈ కాగితం SiC పరికరాల అభివృద్ధి, అప్లికేషన్లు మరియు లక్షణాలను పరిచయం చేసింది మరియు SiC సింగిల్ క్రిస్టల్‌ను పెంచడానికి మూడు ప్రధాన పద్ధతులను పరిచయం చేసింది. కింది విభాగాలలో, ప్రస్తుత పరిష్కార వృద్ధి పద్ధతులు మరియు సంబంధిత కీలక పారామీటర్‌లు సమీక్షించబడ్డాయి. చివరగా, సొల్యూషన్ మెథడ్ ద్వారా SiC సింగిల్ స్ఫటికాల యొక్క బల్క్ గ్రోత్‌కు సంబంధించి సవాళ్లు మరియు భవిష్యత్తు పనుల గురించి చర్చించే ఔట్‌లుక్ ప్రతిపాదించబడింది.