Şekil 3'te gösterildiği gibi, SiC tek kristalini yüksek kalite ve verimlilikle sağlamayı amaçlayan üç baskın teknik vardır: sıvı faz epitaksi (LPE), fiziksel buhar taşınması (PVT) ve yüksek sıcaklıkta kimyasal buhar biriktirme (HTCVD). PVT, büyük levha üreticilerinde yaygın olarak kullanılan SiC tek kristalinin üretilmesi için köklü bir işlemdir.
Ancak her üç süreç de hızla gelişiyor ve yenileniyor. Gelecekte hangi sürecin yaygın olarak benimseneceğini söylemek henüz mümkün değil. Özellikle, son yıllarda önemli bir oranda çözelti büyümesiyle üretilen yüksek kaliteli SiC tek kristalinin rapor edildiği, sıvı fazda SiC toplu büyümesinin süblimasyon veya biriktirme işleminden daha düşük bir sıcaklık gerektirdiği ve P üretiminde mükemmelliği gösterdiği ortaya çıktı. tipi SiC substratları (Tablo 3) [33, 34].
Şekil 3: Üç baskın SiC tek kristal büyütme tekniğinin şeması: (a) sıvı faz epitaksi; (b) fiziksel buhar taşınması; (c) yüksek sıcaklıkta kimyasal buhar biriktirme
Tablo 3: Büyüyen SiC tek kristalleri için LPE, PVT ve HTCVD'nin karşılaştırılması [33, 34]
Çözüm büyütme, bileşik yarı iletkenlerin hazırlanması için standart bir teknolojidir [36]. 1960'lı yıllardan bu yana araştırmacılar çözelti halinde kristal geliştirmeye çalıştılar [37]. Teknoloji geliştirildiğinde, büyüme yüzeyinin aşırı doygunluğu iyi bir şekilde kontrol edilebilir, bu da çözüm yöntemini yüksek kaliteli tek kristal külçeler elde etmek için umut verici bir teknoloji haline getirir.
SiC tek kristalinin çözelti büyümesi için Si kaynağı yüksek derecede saf Si eriyiğinden kaynaklanırken grafit pota ikili amaçlara hizmet eder: ısıtıcı ve C çözünen madde kaynağı. C ve Si oranı 1'e yakın olduğunda SiC tek kristallerinin ideal stokiyometrik oran altında büyüme olasılığı daha yüksektir, bu da daha düşük bir kusur yoğunluğunu gösterir [28]. Bununla birlikte, atmosferik basınçta SiC erime noktası göstermez ve yaklaşık 2.000 °C'yi aşan buharlaşma sıcaklıkları yoluyla doğrudan ayrışır. SiC eriyikleri, teorik beklentilere göre, yalnızca sıcaklık gradyanı ve çözelti sistemi ile Si-C ikili faz diyagramından (Şekil 4) görülebileceği üzere şiddetli koşullar altında oluşabilmektedir. Si eriyiğindeki C değeri ne kadar yüksek olursa %1 ila %13 arasında değişir. Sürüş C aşırı doygunluğu, büyüme hızı ne kadar hızlı olursa, büyümenin düşük C kuvveti, 109 Pa'lık basınç ve 3.200 °C'nin üzerindeki sıcaklıkların hakim olduğu C aşırı doygunluğudur. Aşırı doygunluk pürüzsüz bir yüzey oluşturabilir [22, 36-38]. 1,400 ila 2,800 °C arasındaki sıcaklıklarda, C'nin Si eriyiğindeki çözünürlüğü %1 ila %13 arasında değişir. Büyümenin itici gücü, sıcaklık gradyanı ve çözelti sisteminin hakim olduğu C aşırı doygunluğudur. C aşırı doygunluğu ne kadar yüksek olursa, büyüme oranı da o kadar hızlı olur, düşük C aşırı doygunluğu ise pürüzsüz bir yüzey oluşturur [22, 36-38].
Şekil 4: Si-C ikili faz diyagramı [40]
Geçiş metali elementlerinin veya nadir toprak elementlerinin katkılanması, yalnızca büyüme sıcaklığını etkili bir şekilde düşürmekle kalmıyor, aynı zamanda Si eriyiğindeki karbon çözünürlüğünü büyük ölçüde iyileştirmenin tek yolu gibi görünüyor. Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-] gibi geçiş grubu metallerinin eklenmesi 80], vb. veya Ce [81], Y [82], Sc vb. gibi nadir toprak metallerinin Si eriyiğine eklenmesi, termodinamik dengeye yakın bir durumda karbon çözünürlüğünün %50'yi aşmasına izin verir. Ayrıca, LPE tekniği SiC'nin P-tipi katkılanması için uygundur; bu, Al'in alaşımla alaşımlanmasıyla elde edilebilir.
çözücü [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Bununla birlikte, Al'in dahil edilmesi, P tipi SiC tekli kristallerinin direncinde bir artışa yol açar [49, 56]. Azot katkısı altında N tipi büyümenin yanı sıra,
çözelti büyümesi genellikle inert gaz atmosferinde ilerler. Helyum (He), argondan daha pahalı olmasına rağmen, daha düşük viskozitesi ve daha yüksek termal iletkenliği (argonun 8 katı) nedeniyle birçok bilim adamı tarafından tercih edilmektedir [85]. 4H-SiC'deki göç hızı ve Cr içeriği, He ve Ar atmosferi altında benzerdir; tohum tutucunun daha büyük ısı yayılımı nedeniyle Hereults altındaki büyümenin, Ar altındaki büyümeye göre daha yüksek bir büyüme oranıyla sonuçlandığı kanıtlanmıştır [68]. Büyütülmüş kristal içerisinde boşluk oluşumunu ve çözeltide kendiliğinden çekirdeklenmeyi engeller, böylece düzgün bir yüzey morfolojisi elde edilebilir [86].
Bu makale SiC cihazlarının gelişimini, uygulamalarını ve özelliklerini ve SiC tek kristalini büyütmek için üç ana yöntemi tanıttı. Aşağıdaki bölümlerde mevcut çözüm geliştirme teknikleri ve bunlara karşılık gelen temel parametreler gözden geçirildi. Son olarak, SiC tek kristallerinin çözüm yöntemiyle toplu büyümesine ilişkin zorlukları ve gelecekteki çalışmaları tartışan bir görünüm önerildi.
Gönderim zamanı: Temmuz-01-2024