جیسا کہ تصویر 3 میں دکھایا گیا ہے، تین غالب تکنیکیں ہیں جن کا مقصد SiC سنگل کرسٹل کو اعلیٰ معیار اور افادیت کے ساتھ فراہم کرنا ہے: مائع فیز ایپیٹیکسی (LPE)، فزیکل ویپر ٹرانسپورٹ (PVT)، اور ہائی ٹمپریچر کیمیکل ویپر ڈیپوزیشن (HTCVD)۔ PVT SiC سنگل کرسٹل بنانے کے لیے ایک اچھی طرح سے قائم عمل ہے، جو بڑے ویفر مینوفیکچررز میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا ہے۔
تاہم، تینوں عمل تیزی سے ترقی کر رہے ہیں اور اختراعی ہیں۔ یہ ابھی تک ممکن نہیں ہے کہ مستقبل میں کون سا عمل وسیع پیمانے پر اپنایا جائے گا۔ خاص طور پر، حالیہ برسوں میں کافی شرح سے حل کی نمو کے ذریعے تیار کردہ اعلیٰ معیار کے SiC سنگل کرسٹل کی اطلاع دی گئی ہے، مائع مرحلے میں SiC بلک نمو کے لیے سربلیمیشن یا جمع کرنے کے عمل سے کم درجہ حرارت کی ضرورت ہوتی ہے، اور یہ P پیدا کرنے میں کمال کا مظاہرہ کرتا ہے۔ -ٹائپ سی سی سبسٹریٹس (ٹیبل 3) [33، 34]۔
تصویر 3: تین غالب SiC سنگل کرسٹل ترقی کی تکنیکوں کی منصوبہ بندی: (a) مائع فیز ایپیٹیکسی؛ (b) جسمانی بخارات کی نقل و حمل؛ (c) اعلی درجہ حرارت والے کیمیائی بخارات کا ذخیرہ
جدول 3: بڑھتے ہوئے SiC سنگل کرسٹل کے لیے LPE، PVT اور HTCVD کا موازنہ [33، 34]
حل کی ترقی کمپاؤنڈ سیمی کنڈکٹرز کی تیاری کے لیے ایک معیاری ٹیکنالوجی ہے [36]۔ 1960 کی دہائی سے، محققین نے حل میں ایک کرسٹل تیار کرنے کی کوشش کی ہے [37]۔ ایک بار ٹیکنالوجی تیار ہو جانے کے بعد، نمو کی سطح کے سپر سیچوریشن کو اچھی طرح سے کنٹرول کیا جا سکتا ہے، جو حل کے طریقہ کار کو اعلیٰ معیار کے سنگل کرسٹل انگوٹ حاصل کرنے کے لیے ایک امید افزا ٹیکنالوجی بناتا ہے۔
SiC سنگل کرسٹل کے حل کی نشوونما کے لیے، Si ماخذ انتہائی خالص Si پگھلنے سے نکلتا ہے جبکہ گریفائٹ کروسیبل دوہری مقاصد کو پورا کرتا ہے: ہیٹر اور سی محلول کا ذریعہ۔ جب سی اور سی کا تناسب 1 کے قریب ہوتا ہے تو SiC سنگل کرسٹل کے مثالی اسٹوچیومیٹرک تناسب کے تحت بڑھنے کا زیادہ امکان ہوتا ہے، جو کہ کم خرابی کی کثافت کی نشاندہی کرتا ہے [28]۔ تاہم، ماحولیاتی دباؤ پر، SiC کوئی پگھلنے کا نقطہ نہیں دکھاتا ہے اور تقریباً 2,000 °C سے زیادہ بخارات کے درجہ حرارت کے ذریعے براہ راست گل جاتا ہے۔ SiC پگھلتا ہے، نظریاتی توقعات کے مطابق، صرف شدید کے تحت تشکیل دیا جا سکتا ہے جسے Si-C بائنری فیز ڈایاگرام (تصویر 4) سے دیکھا جا سکتا ہے جو درجہ حرارت کے میلان اور حل کے نظام سے ہوتا ہے۔ Si پگھلنے میں C جتنا زیادہ ہوتا ہے 1at.% سے 13at.% تک مختلف ہوتا ہے۔ ڈرائیونگ C سپر سیچوریشن، شرح نمو اتنی ہی تیز، جبکہ نمو کی کم C قوت C سپر سیچوریشن ہے جس پر 109 Pa کا دباؤ اور درجہ حرارت 3,200 ° C سے زیادہ ہے۔ یہ سپر سیچوریشن ایک ہموار سطح پیدا کر سکتا ہے [22, 36-38] درجہ حرارت 1,400 اور 2,800 ° C کے درمیان، Si پگھلنے میں C کی حل پذیری 1at.% سے 13at.% تک ہوتی ہے۔ نمو کی محرک قوت C سپر سیچریشن ہے جس پر درجہ حرارت کے میلان اور حل کے نظام کا غلبہ ہے۔ سی سپر سیچوریشن جتنی زیادہ ہوگی، شرح نمو اتنی ہی تیز ہوگی، جبکہ کم سی سپر سیچوریشن ایک ہموار سطح پیدا کرتا ہے [22, 36-38]۔
تصویر 4: Si-C بائنری فیز ڈایاگرام [40]
ڈوپنگ ٹرانزیشن دھاتی عناصر یا نایاب زمینی عناصر نہ صرف نمو کے درجہ حرارت کو مؤثر طریقے سے کم کرتے ہیں بلکہ ایسا لگتا ہے کہ سی پگھلنے میں کاربن کی حل پذیری کو تیزی سے بہتر کرنے کا واحد طریقہ ہے۔ ٹرانزیشن گروپ کی دھاتوں کا اضافہ، جیسے Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80]، وغیرہ یا نایاب زمینی دھاتیں، جیسے Ce [81]، Y [82]، Sc، وغیرہ سے Si پگھلنا تھرموڈینامک توازن کے قریب حالت میں کاربن کی حل پذیری کو 50at.% سے تجاوز کرنے دیتا ہے۔ مزید یہ کہ، ایل پی ای تکنیک ایس آئی سی کی پی قسم کی ڈوپنگ کے لیے سازگار ہے، جسے ال کو الائیڈ میں ملا کر حاصل کیا جا سکتا ہے۔
سالوینٹ [50، 53، 56، 59، 64، 71-73، 82، 83]۔ تاہم، ال کے شامل ہونے سے P-type SiC سنگل کرسٹل کی مزاحمتی صلاحیت میں اضافہ ہوتا ہے [49, 56]۔ نائٹروجن ڈوپنگ کے تحت N-قسم کی نمو کے علاوہ،
محلول کی نشوونما عام طور پر ایک غیر فعال گیس کے ماحول میں ہوتی ہے۔ اگرچہ ہیلیم (He) آرگن سے زیادہ مہنگا ہے، لیکن اس کی کم چپکنے والی اور اعلی تھرمل چالکتا (آرگن کے 8 گنا) کی وجہ سے بہت سے علماء اسے پسند کرتے ہیں۔ 4H-SiC میں نقل مکانی کی شرح اور Cr کا مواد He اور Ar ماحول میں ایک جیسا ہے، یہ ثابت ہوتا ہے کہ بیج رکھنے والے کی زیادہ گرمی کی کھپت کی وجہ سے Ar کے تحت نمو کے مقابلے میں ترقی کی شرح زیادہ ہوتی ہے [68]۔ وہ بڑھے ہوئے کرسٹل کے اندر voids کی تشکیل اور محلول میں بے ساختہ نیوکلیشن میں رکاوٹ ڈالتا ہے، اس کے بعد، سطح کی ہموار شکل حاصل کی جا سکتی ہے [86]۔
اس مقالے نے SiC آلات کی ترقی، ایپلی کیشنز، اور خصوصیات اور SiC سنگل کرسٹل کو اگانے کے تین اہم طریقے متعارف کرائے ہیں۔ مندرجہ ذیل حصوں میں، موجودہ حل کی ترقی کی تکنیکوں اور متعلقہ کلیدی پیرامیٹرز کا جائزہ لیا گیا۔ آخر میں، ایک آؤٹ لک تجویز کیا گیا جس میں حل کے طریقہ کار کے ذریعے SiC سنگل کرسٹل کی بڑی تعداد میں اضافے سے متعلق چیلنجوں اور مستقبل کے کاموں پر تبادلہ خیال کیا گیا۔
پوسٹ ٹائم: جولائی 01-2024