Tulad ng ipinapakita sa Fig. 3, mayroong tatlong nangingibabaw na diskarte na naglalayong magbigay ng SiC solong kristal na may mataas na kalidad at kahusayan: liquid phase epitaxy (LPE), physical vapor transport (PVT), at high-temperature chemical vapor deposition (HTCVD). Ang PVT ay isang mahusay na itinatag na proseso para sa paggawa ng SiC solong kristal, na malawakang ginagamit sa mga pangunahing tagagawa ng wafer.
Gayunpaman, ang lahat ng tatlong proseso ay mabilis na umuunlad at nagbabago. Hindi pa posible na matukoy kung aling proseso ang malawakang gagamitin sa hinaharap. Lalo na, ang mataas na kalidad na SiC solong kristal na ginawa ng paglago ng solusyon sa isang malaking rate ay naiulat sa mga nakaraang taon, ang SiC bulk growth sa likidong bahagi ay nangangailangan ng mas mababang temperatura kaysa sa proseso ng sublimation o deposition, at ito ay nagpapakita ng kahusayan sa paggawa ng P -type SiC substrates (Talahanayan 3) [33, 34].
Fig. 3: Schematic ng tatlong nangingibabaw na SiC single crystal growth techniques: (a) liquid phase epitaxy; (b) pisikal na transportasyon ng singaw; (c) mataas na temperatura chemical vapor deposition
Talahanayan 3: Paghahambing ng LPE, PVT at HTCVD para sa pagpapalaki ng mga solong kristal ng SiC [33, 34]
Ang paglago ng solusyon ay isang karaniwang teknolohiya para sa paghahanda ng mga compound semiconductors [36]. Mula noong 1960s, sinubukan ng mga mananaliksik na bumuo ng isang kristal sa solusyon [37]. Kapag nabuo na ang teknolohiya, makokontrol nang mabuti ang supersaturation ng growth surface, na ginagawang isang magandang teknolohiya ang paraan ng solusyon para sa pagkuha ng de-kalidad na single crystal ingots.
Para sa paglaki ng solusyon ng SiC solong kristal, ang Si source ay nagmumula sa napakadalisay na Si melt habang ang graphite crucible ay nagsisilbing dalawahang layunin: heater at C solute source. Ang mga solong kristal ng SiC ay mas malamang na lumago sa ilalim ng perpektong stoichiometric ratio kapag ang ratio ng C at Si ay malapit sa 1, na nagpapahiwatig ng isang mas mababang density ng depekto [28]. Gayunpaman, sa presyon ng atmospera, ang SiC ay hindi nagpapakita ng punto ng pagkatunaw at direktang nabubulok sa pamamagitan ng mga vaporization attemperatura na lumalagpas sa humigit-kumulang 2,000 °C. SiC melts, ayon sa teoretikal na mga inaasahan, ay maaari lamang mabuo sa ilalim ng malubhang makikita mula sa Si-C binary phase diagram (Fig. 4) na sa pamamagitan ng temperatura gradient at solusyon system. Ang mas mataas na C sa Si melt ay nag-iiba mula 1at.% hanggang 13at.%. Ang pagmamaneho ng C supersaturation, mas mabilis ang growth rate, habang ang mababang C force ng growth ay ang C supersaturation na pinangungunahan ng pressure na 109 Pa at mga temperatura sa itaas ng 3,200 °C. Maaari itong gumawa ng supersaturation ng makinis na ibabaw [22, 36-38].temperatura sa pagitan ng 1,400 at 2,800 °C, ang solubility ng C sa Si melt ay nag-iiba mula 1at.% hanggang 13at.%. Ang nagtutulak na puwersa ng paglago ay ang C supersaturation na pinangungunahan ng gradient ng temperatura at sistema ng solusyon. Kung mas mataas ang C supersaturation, mas mabilis ang growth rate, habang ang mababang C supersaturation ay gumagawa ng makinis na ibabaw [22, 36-38].
Fig. 4: Si-C binary phase diagram [40]
Ang doping transition metal elements o rare-earth na elemento ay hindi lamang epektibong nagpapababa sa temperatura ng paglaki ngunit tila ang tanging paraan upang lubos na mapabuti ang carbon solubility sa Si melt. Ang pagdaragdag ng mga metal ng transition group, tulad ng Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80], atbp. o mga bihirang metal na lupa, tulad ng Ce [81], Y [82], Sc, atbp. hanggang sa Si melt ay nagbibigay-daan sa carbon solubility na lumampas sa 50at.% sa isang estadong malapit sa thermodynamic equilibrium. Bukod dito, ang pamamaraan ng LPE ay kanais-nais para sa P-type na doping ng SiC, na maaaring makamit sa pamamagitan ng pagsasama ng Al sa
solvent [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Gayunpaman, ang pagsasama ng Al ay humahantong sa isang pagtaas sa resistivity ng P-type SiC single crystals [49, 56]. Bukod sa paglago ng N-type sa ilalim ng nitrogen doping,
Ang paglago ng solusyon sa pangkalahatan ay nagpapatuloy sa isang hindi gumagalaw na kapaligiran ng gas. Kahit na ang helium (He) ay mas mahal kaysa sa argon, ito ay pinapaboran ng maraming mga iskolar dahil sa mas mababang lagkit nito at mas mataas na thermal conductivity (8 beses ng argon) [85]. Ang rate ng paglipat at nilalaman ng Cr sa 4H-SiC ay magkatulad sa ilalim ng He at Ar na kapaligiran, pinatunayan na ang paglago sa ilalim ng Heresults sa isang mas mataas na rate ng paglago kaysa sa paglago sa ilalim ng Ar dahil sa mas malaking pag-aalis ng init ng may hawak ng binhi [68]. Pinipigilan niya ang pagbuo ng mga voids sa loob ng lumaking kristal at kusang nucleation sa solusyon, pagkatapos, ang isang makinis na morpolohiya sa ibabaw ay maaaring makuha [86].
Ipinakilala ng papel na ito ang pag-unlad, aplikasyon, at katangian ng mga aparatong SiC, at ang tatlong pangunahing pamamaraan para sa pagpapalaki ng solong kristal ng SiC. Sa mga sumusunod na seksyon, ang kasalukuyang mga diskarte sa paglago ng solusyon at kaukulang mga pangunahing parameter ay sinuri. Sa wakas, iminungkahi ang isang pananaw na tinalakay ang mga hamon at mga gawain sa hinaharap tungkol sa maramihang paglaki ng mga solong kristal ng SiC sa pamamagitan ng paraan ng solusyon.
Oras ng post: Hul-01-2024