Soos getoon in Fig. 3, is daar drie dominante tegnieke wat daarop gemik is om SiC-enkelkristal van hoë gehalte en doeltreffendheid te verskaf: vloeibare fase-epitaksie (LPE), fisiese dampvervoer (PVT), en hoëtemperatuur chemiese dampafsetting (HTCVD). PVT is 'n gevestigde proses vir die vervaardiging van SiC-enkelkristal, wat wyd gebruik word in groot wafervervaardigers.
Al drie prosesse ontwikkel en innover egter vinnig. Dit is nog nie moontlik om te voorspel watter proses in die toekoms wyd aangeneem sal word nie. Veral hoëgehalte SiC-enkelkristal wat deur oplossingsgroei teen 'n aansienlike tempo geproduseer word, is in onlangse jare gerapporteer. SiC-massagroei in die vloeibare fase vereis 'n laer temperatuur as dié van die sublimasie- of afsettingsproses, en dit demonstreer uitnemendheid in die vervaardiging van P-tipe SiC-substrate (Tabel 3) [33, 34].
Fig. 3: Skematiese voorstelling van drie dominante SiC-enkelkristalgroeitegnieke: (a) vloeibare fase-epitaksie; (b) fisiese damptransport; (c) hoëtemperatuur chemiese dampafsetting
Tabel 3: Vergelyking van LPE, PVT en HTCVD vir die groei van SiC-enkelkristalle [33, 34]
Oplossingsgroei is 'n standaardtegnologie vir die voorbereiding van saamgestelde halfgeleiers [36]. Sedert die 1960's het navorsers probeer om 'n kristal in oplossing te ontwikkel [37]. Sodra die tegnologie ontwikkel is, kan die oorversadiging van die groeioppervlak goed beheer word, wat die oplossingsmetode 'n belowende tegnologie maak vir die verkryging van hoëgehalte enkelkristalstawe.
Vir oplossingsgroei van SiC-enkelkristal, kom die Si-bron van hoogs suiwer Si-smelt, terwyl die grafietkroes dubbele doeleindes dien: verwarmer en bron van C-opgeloste stof. SiC-enkelkristalle is meer geneig om te groei onder die ideale stoïgiometriese verhouding wanneer die verhouding van C en Si naby aan 1 is, wat 'n laer defekdigtheid aandui [28]. By atmosferiese druk toon SiC egter geen smeltpunt nie en ontbind direk via verdamping by temperature wat ongeveer 2 000 °C oorskry. SiC-smelte kan, volgens teoretiese verwagtinge, slegs gevorm word onder ernstige temperatuurgradiënt en oplossingstelsel, soos gesien kan word uit die Si-C binêre fasediagram (Fig. 4). Hoe hoër die C in die Si-smelt wissel van 1 at.% tot 13 at.%. Die dryfkrag agter die C-oorversadiging, hoe vinniger die groeikoers, terwyl die lae C-krag van die groei die C-oorversadiging is wat oorheers word deur 'n druk van 109 Pa en temperature bo 3 200 °C. Dit kan oorversadiging 'n gladde oppervlak produseer [22, 36-38]. Temperature tussen 1 400 en 2 800 °C, die oplosbaarheid van C in die Si-smelt wissel van 1 at.% tot 13 at.%. Die dryfkrag van die groei is die C-oorversadiging wat oorheers word deur die temperatuurgradiënt en oplossingstelsel. Hoe hoër die C-oorversadiging, hoe vinniger die groeikoers, terwyl lae C-oorversadiging 'n gladde oppervlak produseer [22, 36-38].
Fig. 4: Si-C binêre fasediagram [40]
Die dotering van oorgangsmetaalelemente of seldsame aardelemente verlaag nie net die groeitemperatuur effektief nie, maar blyk die enigste manier te wees om die koolstofoplosbaarheid in die Si-smelt drasties te verbeter. Die byvoeging van oorgangsgroepmetale, soos Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80], ens. of seldsame aardmetale, soos Ce [81], Y [82], Sc, ens. tot die Si-smelt, laat die koolstofoplosbaarheid toe om 50 at.% te oorskry in 'n toestand naby termodinamiese ewewig. Boonop is die LPE-tegniek gunstig vir P-tipe dotering van SiC, wat bereik kan word deur Al in die ... te leger.
oplosmiddel [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Die inkorporering van Al lei egter tot 'n toename in die weerstand van P-tipe SiC-enkelkristalle [49, 56]. Afgesien van N-tipe groei onder stikstofdoping,
Oplossingsgroei vind gewoonlik in 'n inerte gasatmosfeer plaas. Alhoewel helium (He) duurder is as argon, word dit deur baie geleerdes verkies as gevolg van sy laer viskositeit en hoër termiese geleidingsvermoë (8 keer dié van argon) [85]. Die migrasietempo en Cr-inhoud in 4H-SiC is soortgelyk onder He- en Ar-atmosfere, en dit is bewys dat groei onder Here 'n hoër groeitempo as groei onder Ar tot gevolg het as gevolg van die groter hitteverspreiding van die saadhouer [68]. He belemmer die vorming van holtes binne die gegroeide kristal en spontane kernvorming in die oplossing, en sodoende kan 'n gladde oppervlakmorfologie verkry word [86].
Hierdie artikel het die ontwikkeling, toepassings en eienskappe van SiC-toestelle bekendgestel, asook die drie hoofmetodes vir die groei van SiC-enkelkristalle. In die volgende afdelings is die huidige oplossingsgroeitegnieke en ooreenstemmende sleutelparameters hersien. Laastens is 'n vooruitsig voorgestel wat die uitdagings en toekomstige werk rakende die grootmaatgroei van SiC-enkelkristalle via die oplossingsmetode bespreek.
Plasingstyd: 1 Julie 2024