ดังที่แสดงในรูปที่ 3 มีเทคนิคหลักสามเทคนิคที่มีจุดมุ่งหมายเพื่อให้ผลึกเดี่ยว SiC มีคุณภาพและประสิทธิภาพสูง: epitaxy เฟสของเหลว (LPE) การขนส่งไอทางกายภาพ (PVT) และการสะสมไอสารเคมีที่อุณหภูมิสูง (HTCVD) PVT เป็นกระบวนการที่ได้รับการยอมรับอย่างดีในการผลิตผลึกเดี่ยว SiC ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในผู้ผลิตเวเฟอร์รายใหญ่
อย่างไรก็ตาม กระบวนการทั้งสามมีการพัฒนาและสร้างสรรค์อย่างรวดเร็ว ยังไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ว่ากระบวนการใดจะถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในอนาคต โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มีรายงานโดยเฉพาะอย่างยิ่งผลึกเดี่ยว SiC คุณภาพสูงที่ผลิตโดยการเติบโตของสารละลายในอัตราที่สูงพอสมควรในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การเติบโตของ SiC จำนวนมากในเฟสของเหลวต้องใช้อุณหภูมิที่ต่ำกว่าของกระบวนการระเหิดหรือกระบวนการสะสม และแสดงให้เห็นถึงความเป็นเลิศในการผลิต P -พิมพ์ซับสเตรต SiC (ตารางที่ 3) [33, 34]
รูปที่ 3: แผนผังของเทคนิคการเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC ที่โดดเด่นสามเทคนิค: (a) epitaxy เฟสของเหลว; (b) การขนส่งไอทางกายภาพ (c) การสะสมไอสารเคมีที่อุณหภูมิสูง
ตารางที่ 3: การเปรียบเทียบ LPE, PVT และ HTCVD สำหรับการปลูกผลึกเดี่ยว SiC [33, 34]
การเติบโตของสารละลายเป็นเทคโนโลยีมาตรฐานสำหรับการเตรียมเซมิคอนดักเตอร์แบบผสม [36] ตั้งแต่ทศวรรษ 1960 นักวิจัยได้พยายามพัฒนาผลึกในสารละลาย [37] เมื่อเทคโนโลยีได้รับการพัฒนาแล้ว จะสามารถควบคุมความอิ่มตัวของพื้นผิวการเจริญเติบโตได้ดี ซึ่งทำให้วิธีการแก้ปัญหาเป็นเทคโนโลยีที่น่าหวังในการได้รับแท่งผลึกเดี่ยวคุณภาพสูง
สำหรับการเจริญเติบโตของสารละลายของผลึกเดี่ยว SiC แหล่งกำเนิด Si นั้นมาจากการหลอมของ Si ที่มีความบริสุทธิ์สูง ในขณะที่เบ้าหลอมกราไฟต์ทำหน้าที่สองวัตถุประสงค์: เครื่องทำความร้อนและแหล่งกำเนิดตัวถูกละลาย C ผลึกเดี่ยว SiC มีแนวโน้มที่จะเติบโตภายใต้อัตราส่วนปริมาณสัมพันธ์ในอุดมคติเมื่ออัตราส่วนของ C และ Si ใกล้ 1 ซึ่งบ่งชี้ว่ามีความหนาแน่นของข้อบกพร่องต่ำกว่า [28] อย่างไรก็ตาม ที่ความดันบรรยากาศ SiC ไม่มีจุดหลอมเหลว และสลายตัวโดยตรงผ่านอุณหภูมิการกลายเป็นไอที่เกินประมาณ 2,000 °C ตามความคาดหวังทางทฤษฎี SiC ที่หลอมละลายสามารถเกิดขึ้นได้ภายใต้สภาวะที่รุนแรงเท่านั้น โดยจะเห็นได้จากแผนภาพเฟสไบนารี่ของ Si-C (รูปที่ 4) ซึ่งโดยการไล่ระดับอุณหภูมิและระบบสารละลาย ยิ่ง C ใน Si ละลายมีค่าแตกต่างกันตั้งแต่ 1at.% ถึง 13at.% การขับเคลื่อนความอิ่มตัวยิ่งยวดของ C ยิ่งอัตราการเติบโตเร็วขึ้น ในขณะที่แรง C ที่ต่ำของการเจริญเติบโตคือความอิ่มตัวยิ่งยวดของ C ที่มีความดันครอบงำ 109 Pa และอุณหภูมิสูงกว่า 3,200 °C ความอิ่มตัวยิ่งยวดทำให้เกิดพื้นผิวเรียบ [22, 36-38] อุณหภูมิระหว่าง 1,400 ถึง 2,800 °C ความสามารถในการละลายของ C ใน Si ละลายจะแตกต่างกันไปตั้งแต่ 1at.% ถึง 13at.% แรงผลักดันของการเติบโตคือความอิ่มตัวยิ่งยวดของ C ที่ถูกครอบงำโดยการไล่ระดับอุณหภูมิและระบบสารละลาย ยิ่งความอิ่มตัวยิ่งยวดของ C สูง อัตราการเติบโตก็จะยิ่งเร็วขึ้น ในขณะที่ความอิ่มตัวยิ่งยวดของ C ที่ต่ำจะทำให้พื้นผิวเรียบ [22, 36-38]
รูปที่ 4: แผนภาพเฟสไบนารี Si-C [40]
ธาตุโลหะทรานซิชันแบบโด๊ปหรือธาตุแรร์เอิร์ธไม่เพียงแต่ลดอุณหภูมิการเจริญเติบโตลงอย่างมีประสิทธิภาพเท่านั้น แต่ยังเป็นวิธีเดียวที่จะปรับปรุงความสามารถในการละลายคาร์บอนใน Si ละลายได้อย่างมาก การเติมโลหะกลุ่มทรานซิชัน เช่น Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80] ฯลฯ หรือโลหะแรร์เอิร์ธ เช่น Ce [81], Y [82], Sc เป็นต้น ต่อการหลอมของ Si ช่วยให้ความสามารถในการละลายของคาร์บอนเกิน 50at.% ในสถานะใกล้กับสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ นอกจากนี้ เทคนิค LPE ยังเอื้ออำนวยต่อการเติม SiC ชนิด P ซึ่งสามารถทำได้โดยการผสม Al ลงใน
ตัวทำละลาย [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83] อย่างไรก็ตาม การรวมตัวกันของ Al ส่งผลให้ความต้านทานของผลึกเดี่ยว SiC ชนิด P เพิ่มขึ้น [49, 56] นอกเหนือจากการเติบโตของประเภท N ภายใต้การเติมไนโตรเจนแล้ว
โดยทั่วไปการเติบโตของสารละลายจะเกิดขึ้นในบรรยากาศก๊าซเฉื่อย แม้ว่าฮีเลียม (He) จะมีราคาแพงกว่าอาร์กอน แต่นักวิชาการหลายคนก็ชื่นชอบฮีเลียมเนื่องจากมีความหนืดต่ำกว่าและมีค่าการนำความร้อนสูงกว่า (อาร์กอน 8 เท่า) [85] อัตราการอพยพและปริมาณ Cr ใน 4H-SiC มีความคล้ายคลึงกันภายใต้บรรยากาศ He และ Ar ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าการเติบโตภายใต้ Heresults นั้นมีอัตราการเติบโตที่สูงกว่าการเติบโตภายใต้ Ar เนื่องจากการกระจายความร้อนที่มากขึ้นของผู้ถือเมล็ดพืช [68] เขาขัดขวางการก่อตัวของช่องว่างภายในผลึกที่โตแล้วและการเกิดนิวเคลียสที่เกิดขึ้นเองในสารละลาย จากนั้นจึงได้สัณฐานวิทยาของพื้นผิวเรียบ [86]
บทความนี้ได้แนะนำการพัฒนา การใช้งาน และคุณสมบัติของอุปกรณ์ SiC และวิธีหลักสามวิธีในการปลูกผลึกเดี่ยว SiC ในส่วนต่อไปนี้ เทคนิคการเติบโตของโซลูชันปัจจุบันและพารามิเตอร์หลักที่เกี่ยวข้องได้รับการตรวจสอบ สุดท้าย มีการเสนอมุมมองที่หารือเกี่ยวกับความท้าทายและงานในอนาคตเกี่ยวกับการเติบโตจำนวนมากของผลึกเดี่ยว SiC ผ่านวิธีการแก้ปัญหา
เวลาโพสต์: Jul-01-2024