ለሲሲ ክሪስታል እድገት ሶስት ዋና ዋና ዘዴዎች

በስእል 3 ላይ እንደሚታየው፣ የSiC ነጠላ ክሪስታል ከፍተኛ ጥራት እና ቅልጥፍና እንዲኖረው ለማድረግ የታለሙ ሶስት ዋና ዋና ቴክኒኮች አሉ፤ እነሱም ፈሳሽ ደረጃ ኤፒታክሲ (LPE)፣ አካላዊ ትነት ትራንስፖርት (PVT) እና ከፍተኛ ሙቀት ያለው የኬሚካል ትነት ማስቀመጫ (HTCVD) ናቸው። PVT በዋና ዋና የዋፈር አምራቾች ውስጥ በስፋት ጥቅም ላይ የሚውል የSiC ነጠላ ክሪስታል ለማምረት በሚገባ የተቋቋመ ሂደት ነው።

ይሁን እንጂ፣ ሦስቱም ሂደቶች በፍጥነት እየተሻሻሉ እና አዳዲስ ነገሮችን እያስመዘገቡ ነው። ወደፊት የትኛው ሂደት በስፋት እንደሚተገበር ገና ማወቅ አይቻልም። በተለይም፣ በቅርብ ዓመታት ውስጥ በከፍተኛ ፍጥነት በመፍትሔ እድገት የሚመረት ከፍተኛ ጥራት ያለው SiC ነጠላ ክሪስታል ሪፖርት ተደርጓል፣ በፈሳሽ ደረጃ ውስጥ ያለው SiC የጅምላ እድገት ከሰብላይሜሽን ወይም ከተቀማጭ ሂደት ያነሰ የሙቀት መጠን ይፈልጋል፣ እና የP-type SiC substratesን በማምረት ረገድ የላቀ ብቃት ያሳያል (ሠንጠረዥ 3) [33፣ 34]።

ምስል 3፡ የሶስት የበላይነት ያላቸው የሲሲ ነጠላ ክሪስታል የእድገት ቴክኒኮች ንድፍ፡ (ሀ) የፈሳሽ ደረጃ ኤፒታክሲ፤ (ለ) አካላዊ የእንፋሎት ትራንስፖርት፤ (ሐ) ከፍተኛ የሙቀት መጠን ያለው የኬሚካል የእንፋሎት ክምችት

ሠንጠረዥ 3፡ የSiC ነጠላ ክሪስታሎችን ለማልማት የ LPE፣ PVT እና HTCVD ንፅፅር [33፣ 34]

የመፍትሄ እድገት ውህድ ሴሚኮንዳክተሮችን ለማዘጋጀት መደበኛ ቴክኖሎጂ ነው [36]። ከ1960ዎቹ ጀምሮ ተመራማሪዎች በመፍትሄ ውስጥ ክሪስታል ለማዘጋጀት ሞክረዋል [37]። ቴክኖሎጂው አንዴ ከተዘጋጀ በኋላ የእድገት ወለል ላይ ያለው ሙሌት በጥሩ ሁኔታ ቁጥጥር ሊደረግበት ይችላል፣ ይህም የመፍትሄ ዘዴውን ከፍተኛ ጥራት ያላቸውን ነጠላ ክሪስታል ኢንጎቶችን ለማግኘት ተስፋ ሰጪ ቴክኖሎጂ ያደርገዋል።

ለሲሲ ነጠላ ክሪስታል የመፍትሄ እድገት፣ የሲ ምንጭ የሚመነጨው ከከፍተኛ ንፁህ የሲ መቅለጥ ሲሆን የግራፋይት ክሩሲብል ደግሞ ለሁለት ዓላማዎች ያገለግላል፡ ማሞቂያ እና የሲ መሟሟት ምንጭ። የሲሲ ነጠላ ክሪስታሎች የሲ እና የሲ ጥምርታ ወደ 1 ሲጠጋ በተስማሚው ስቶይቺዮሜትሪክ ጥምርታ ስር የማደግ ዕድላቸው ከፍተኛ ነው፣ ይህም ዝቅተኛ የጉድለት ጥግግት ያሳያል [28]። ሆኖም፣ በከባቢ አየር ግፊት፣ ሲሲ ምንም የመቅለጥ ነጥብ አያሳይም እና በቀጥታ በእንፋሎት አማካኝነት ይፈርሳል ከ 2,000 °ሴ በላይ በሆነ የሙቀት መጠን። በቲዎሬቲካል ግምቶች መሠረት፣ ሲሲ ይቀልጣል፣ በከባድ ሁኔታ ስር ብቻ ሊፈጠር የሚችለው ከሲ-ሲ ሁለትዮሽ ደረጃ ዲያግራም (ምስል 4) በሙቀት ቅልመት እና በመፍትሔ ስርዓት ነው። በሲ መቅለጥ ውስጥ ያለው ሲ ከፍ ባለ መጠን ከ 1 at.% እስከ 13at.% ይለያያል። የሚነዳው ሲ ሱፐርሳቹሬሽን፣ የእድገት መጠኑ ፈጣን ሲሆን፣ የእድገቱ ዝቅተኛ የC ኃይል ደግሞ በ109 Pa ግፊት እና ከ 3,200 °C በላይ ባለው የሙቀት መጠን የሚቆጣጠረው የC ሱፐርሳቹሬሽን ነው። ሱፐርሳቹሬሽን ለስላሳ ወለል ይፈጥራል [22፣ 36-38]። የሙቀት መጠኑ ከ1,400 እስከ 2,800 °ሴ ባለው የሙቀት መጠን፣ በሲ መቅለጥ ውስጥ ያለው የC መሟሟት ከ1at.% እስከ 13at ይለያያል። የእድገቱ አንቀሳቃሽ ኃይል የሙቀት ቅልመት እና የመፍትሄ ስርዓት የሚቆጣጠረው የC ሱፐርሳቹሬሽን ነው። የC ሱፐርሳቹሬሽን ከፍ ባለ መጠን የእድገት መጠኑን በፍጥነት ያፋጥናል፣ ዝቅተኛ የC ሱፐርሳቹሬሽን ደግሞ ለስላሳ ወለል ይፈጥራል [22፣ 36-38]።

ምስል 4፡ የSi-C ሁለትዮሽ የደረጃ ዲያግራም [40]

የዶፒንግ ሽግግር የብረት ንጥረ ነገሮች ወይም ብርቅዬ የምድር ንጥረ ነገሮች የእድገት ሙቀትን ውጤታማ በሆነ መንገድ ከመቀነስ ባለፈ በሲ መቅለጥ ውስጥ የካርቦን መሟሟትን በከፍተኛ ሁኔታ ለማሻሻል ብቸኛው መንገድ ይመስላል። እንደ ቲ [8፣ 14-16፣ 19፣ 40-52]፣ ሲር [29፣ 30፣ 43፣ 50፣ 53-75]፣ ኮ [63፣ 76]፣ ፌ [77-80]፣ ወዘተ ያሉ የሽግግር ቡድን ብረቶች ወይም እንደ ሴ [81]፣ ዋይ [82]፣ ስክ፣ ወዘተ ያሉ ብርቅዬ የምድር ብረቶች ወደ ሲ መቅለጥ የካርቦን መሟሟት ከ 50at.% በላይ እንዲያልፍ ያስችለዋል። ከዚህም በላይ የኤልፒኢ ቴክኒክ ለሲሲ የP-አይነት ዶፒንግ ተስማሚ ነው፣ ይህም አልን ወደ ቅይጥ በማቀላቀል ሊገኝ ይችላል።
ሶልቬት [50፣ 53፣ 56፣ 59፣ 64፣ 71-73፣ 82፣ 83]። ሆኖም፣ የአል ውህደት የP-type SiC ነጠላ ክሪስታሎች የመቋቋም አቅም እንዲጨምር ያደርጋል [49፣ 56]። በናይትሮጂን ዶፒንግ ስር ካለው የN-type እድገት በተጨማሪ፣

የመፍትሄ እድገት በአጠቃላይ በንፁህ የጋዝ ከባቢ አየር ውስጥ ይቀጥላል። ምንም እንኳን ሂሊየም (ሄ) ከአርጎን የበለጠ ውድ ቢሆንም፣ በብዙ ምሁራን ዘንድ ተወዳጅ የሆነው በዝቅተኛ viscosity እና ከፍተኛ የሙቀት አማቂነት (8 እጥፍ ከአርጎን) ምክንያት ነው። በ4H-SiC ውስጥ ያለው የፍልሰት መጠን እና የCr ይዘት በHe እና Ar ከባቢ አየር ስር ተመሳሳይ ናቸው፣ በHeresults ስር ያለው እድገት የዘር መያዣው ከፍተኛ የሙቀት መሟጠጥ ምክንያት ከAr በታች ካለው የእድገት መጠን ከፍ ባለ የእድገት መጠን ውስጥ መሆኑን አረጋግጧል [68]። በበቀለው ክሪስታል ውስጥ ያለውን የክፍተት መፈጠር እና በመፍትሔው ውስጥ ድንገተኛ ኑክሊዮሽንን ያደናቅፋል፣ ስለዚህ ለስላሳ የገጽታ ሞርፎሎጂ ማግኘት ይቻላል [86]።

ይህ ጽሑፍ የSiC መሳሪያዎችን ልማት፣ አተገባበር እና ባህሪያትን እንዲሁም የSiC ነጠላ ክሪስታልን ለማልማት ሦስቱን ዋና ዋና ዘዴዎች አስተዋውቋል። በሚቀጥሉት ክፍሎች፣ የአሁኑ የመፍትሄ እድገት ቴክኒኮች እና ተዛማጅ ቁልፍ መለኪያዎች ተገምግመዋል። በመጨረሻም፣ በመፍትሄ ዘዴ በኩል የSiC ነጠላ ክሪስታሎች ብዛት እድገትን በተመለከተ ስላሉት ተግዳሮቶች እና የወደፊት ስራዎች የሚዳስስ አመለካከት ቀርቧል።