Тавре ки дар расми 3 нишон дода шудааст, се усули бартаридошта вуҷуд доранд, ки ҳадафи он як кристали SiC-ро бо сифат ва самаранокии баланд таъмин мекунанд: эпитаксияи фазаи моеъ (LPE), интиқоли буғи физикӣ (PVT) ва таҳшиншавии бухори кимиёвӣ (HTCVD). PVT як раванди хуб ба роҳ мондашудаи истеҳсоли як кристалл SiC мебошад, ки дар истеҳсолкунандагони асосии вафли васеъ истифода мешавад.
Аммо, ҳар се раванд босуръат инкишоф меёбанд ва навоварӣ мекунанд. Ҳанӯз муайян кардан мумкин нест, ки кадом раванд дар оянда ба таври васеъ қабул карда мешавад. Махсусан, дар солҳои охир як кристали баландсифати SiC, ки тавассути афзоиши маҳлул бо суръати қобили мулоҳиза тавлид шудааст, гузориш дода шудааст, афзоиши миқдори зиёди SiC дар марҳилаи моеъ нисбат ба раванди сублиматсия ё таҳшин ҳарорати пасттарро талаб мекунад ва он дар тавлиди P. -навъи субстратҳои SiC (Ҷадвали 3) [33, 34].
Расми 3: Схемати се усули афзоиши ягона кристаллҳои SiC: (а) эпитаксикаи фазаи моеъ; (б) интиқоли буғи ҷисмонӣ; $C) љойгиршавии буѓњои кимиёвии дар њарорати баланд
Ҷадвали 3: Муқоисаи LPE, PVT ва HTCVD барои парвариши кристаллҳои ягонаи SiC [33, 34]
Рушди маҳлул технологияи стандартии тайёр кардани нимноқилҳои мураккаб мебошад [36]. Аз солҳои 1960-ум, муҳаққиқон кӯшиш карданд, ки дар маҳлул кристалл таҳия кунанд [37]. Пас аз таҳияи технология, суперсатуратсияи сатҳи афзоишро хуб назорат кардан мумкин аст, ки ин усули маҳлулро ба технологияи ояндадор барои ба даст овардани зарфҳои баландсифати монокристалл табдил медиҳад.
Барои афзоиши маҳлули як кристалл SiC, манбаи Si аз обшавии хеле тозаи Si сарчашма мегирад, дар ҳоле ки тигели графитӣ ба ду ҳадаф хизмат мекунад: гармкунак ва манбаи маҳлули C. Вақте ки таносуби C ва Si ба 1 наздик аст, як кристаллҳои SiC эҳтимоли зиёд дар зери таносуби идеалии стехиометрӣ афзоиш меёбанд, ки зичии камтари нуқсонро нишон медиҳад [28]. Аммо, дар фишори атмосфера, SiC нуқтаи обшавӣ нишон намедиҳад ва мустақиман тавассути ҳарорати бухоршавӣ аз тақрибан 2000 °C таҷзия мешавад. Гудохтаҳои SiC, мувофиқи интизориҳои назариявӣ, метавонанд танҳо дар зери таъсири шадид аз диаграммаи фазаи бинарии Si-C дида шаванд (расми 4), ки дар градиенти ҳарорат ва системаи маҳлул. Чӣ қадаре ки С дар обшавии Si аз 1ат.% то 13ат.% фарқ мекунад. Supersaturation гардонандаи C, суръати афзоиш ҳамон қадар тезтар мешавад, дар ҳоле ки қувваи пасти C афзоиш суперсаттураи C мебошад, ки фишори 109 Па ва ҳарорати аз 3,200 ° C бартарӣ дорад. Он метавонад supersaturation истеҳсол сатҳи ҳамвор [22, 36-38].ҳарорати байни 1,400 ва 2,800 °C, ҳалшавандагии C дар обшавии Si аз 1at.% то 13at.% фарқ мекунад. Қувваи пешбарандаи афзоиш ин суперсатури C мебошад, ки дар он градиенти ҳарорат ва системаи маҳлул бартарият дорад. Ҳар қадаре ки суперсаттураи C баланд бошад, суръати афзоиш ҳамон қадар тезтар мешавад, дар ҳоле ки суперсаттураи пасти C сатҳи ҳамворро ба вуҷуд меорад [22, 36-38].
Расми 4: Диаграммаи марҳилаи бинарии Si-C [40]
Элементҳои металлии гузаранда ё унсурҳои нодири замин на танҳо ҳарорати афзоишро ба таври муассир паст мекунанд, балки ба назар чунин менамояд, ки ягона роҳи ба таври назаррас беҳтар кардани ҳалшавии карбон дар обшавии Си. Илова кардани металлҳои гурӯҳи гузариш, аз қабили Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80] ва ғайра ё металлҳои нодири замин, ба монанди Ce [81], Y [82], Sc ва ғайра ба обшавии Si имкон медиҳад, ки карбон дар холати ба мувозинати термодинамики наздики халшаванда аз 50ат.% зиёд аст. Ғайр аз он, техникаи LPE барои допинги навъи P-и SiC мусоид аст, ки онро тавассути хӯлаи Al ба
ҳалкунанда [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Аммо, дохилшавии Al боиси афзоиши муқовимати монокристалҳои навъи P-и SiC мегардад [49, 56]. Ба ғайр аз афзоиши навъи N дар зери допинги нитроген,
афзоиши маҳлул одатан дар атмосфераи гази инертӣ мегузарад. Гарчанде ки гелий (He) нисбат ба аргон гаронтар аст, аз сабаби часпакии паст ва гармигузаронии баланд (8 маротиба аз аргон) аз ҷониби бисёр олимон маъқул дониста мешавад [85]. Суръати муњољират ва мазмуни Cr дар 4H-SiC дар зери атмосфераи He ва Ar шабеҳанд, собит шудааст, ки афзоиш дар зери Heresult дар суръати афзоиш нисбат ба афзоиши зериAr аз сабаби паҳншавии гармии бештари дорандаи тухмидор [68]. Вай ба ташаккули холӣ дар дохили кристалл ва нуклеатсияи стихиявӣ дар маҳлул монеъ мешавад, пас морфологияи сатҳи ҳамвор ба даст овардан мумкин аст [86].
Ин мақола таҳия, татбиқ ва хосиятҳои дастгоҳҳои SiC ва се усули асосии парвариши яккристалл SiC-ро муаррифӣ кардааст. Дар бахшҳои минбаъда, усулҳои ҷории афзоиши ҳалли мушкилот ва параметрҳои асосии мувофиқ баррасӣ карда шуданд. Ниҳоят, дурнамое пешниҳод карда шуд, ки мушкилот ва корҳои ояндаро оид ба афзоиши миқдори зиёди кристаллҳои SiC тавассути усули ҳалли муҳокима баррасӣ карданд.
Вақти фиристодан: июл-01-2024