Şəkil 3-də göstərildiyi kimi, SiC tək kristalını yüksək keyfiyyət və səmərəliliklə təmin etmək məqsədi daşıyan üç dominant üsul mövcuddur: maye fazalı epitaksiya (LPE), fiziki buxar daşınması (PVT) və yüksək temperaturlu kimyəvi buxar çöküntüsü (HTCVD). PVT, əsas lövhə istehsalçılarında geniş istifadə olunan SiC tək kristalının istehsalı üçün yaxşı qurulmuş bir prosesdir.
Lakin, hər üç proses sürətlə inkişaf edir və innovasiya olunur. Gələcəkdə hansı prosesin geniş tətbiq olunacağını hələlik müəyyən etmək mümkün deyil. Xüsusilə, son illərdə məhlulun böyüməsi ilə əhəmiyyətli dərəcədə yüksək keyfiyyətli SiC tək kristallarının istehsal olunduğu bildirilir, maye fazada SiC-nin həcm artımı sublimasiya və ya çökmə prosesindən daha aşağı temperatur tələb edir və P-tipli SiC substratlarının istehsalında mükəmməllik nümayiş etdirir (Cədvəl 3) [33, 34].
Şəkil 3: Üç dominant SiC tək kristal böyümə texnikasının sxemi: (a) maye fazalı epitaksiya; (b) fiziki buxar daşınması; (c) yüksək temperaturlu kimyəvi buxar çöküntüsü
Cədvəl 3: SiC tək kristallarının yetişdirilməsi üçün LPE, PVT və HTCVD-nin müqayisəsi [33, 34]
Məhlulun böyüməsi mürəkkəb yarımkeçiricilərin hazırlanması üçün standart bir texnologiyadır [36]. 1960-cı illərdən bəri tədqiqatçılar məhluldakı kristalları inkişaf etdirməyə çalışmışlar [37]. Texnologiya inkişaf etdirildikdən sonra böyümə səthinin həddindən artıq doyması yaxşı idarə oluna bilər ki, bu da məhlul metodunu yüksək keyfiyyətli tək kristal külçələrinin alınması üçün perspektivli bir texnologiyaya çevirir.
SiC tək kristalının məhlul böyüməsi üçün Si mənbəyi yüksək təmiz Si əriməsindən qaynaqlanır, qrafit çuxuru isə iki məqsədə xidmət edir: qızdırıcı və C həll olan maddə mənbəyi. SiC tək kristallarının ideal stexiometrik nisbət altında böyümə ehtimalı C və Si nisbəti 1-ə yaxın olduqda daha yüksəkdir ki, bu da daha aşağı qüsur sıxlığını göstərir [28]. Lakin, atmosfer təzyiqində SiC ərimə nöqtəsi göstərmir və təxminən 2000 °C-dən yuxarı temperaturda buxarlanma yolu ilə birbaşa parçalanır. Nəzəri gözləntilərə görə, SiC ərimələri yalnız temperatur qradiyenti və məhlul sistemi ilə Si-C ikili faza diaqramından (Şəkil 4) göründüyü kimi, yalnız ağır şəraitdə əmələ gələ bilər. Si əriməsində C nə qədər yüksəkdirsə, 1at.%-dən 13at.%-ə qədər dəyişir. Sürücü C superdoyma, böyümə sürəti bir o qədər sürətlidir, böyümənin aşağı C qüvvəsi isə 109 Pa təzyiq və 3200 °C-dən yuxarı temperaturda üstünlük təşkil edən C superdoymadır. Həddindən artıq doyma hamar bir səth yarada bilər [22, 36-38]. 1400 ilə 2800 °C arasında temperaturda, Si əriməsində C-nin həllolma qabiliyyəti 1at.%-dən 13at.%-ə qədər dəyişir. Böyümənin hərəkətverici qüvvəsi temperatur qradiyenti və məhlul sistemi tərəfindən idarə olunan C həddindən artıq doymadır. C həddindən artıq doyma nə qədər yüksəkdirsə, böyümə sürəti bir o qədər yüksəkdir, aşağı C həddindən artıq doyma isə hamar bir səth yaradır [22, 36-38].
Şəkil 4: Si-C ikili faza diaqramı [40]
Keçid metal elementlərinin və ya nadir torpaq elementlərinin qatqılanması təkcə böyümə temperaturunu effektiv şəkildə aşağı salmır, həm də Si ərintisində karbonun həllolma qabiliyyətini kəskin şəkildə artırmağın yeganə yolu kimi görünür. Si ərintisinə Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80] və s. kimi keçid qrupu metallarının və ya Ce [81], Y [82], Sc və s. kimi nadir torpaq metallarının əlavə edilməsi, termodinamik tarazlığa yaxın bir vəziyyətdə karbonun həllolma qabiliyyətinin 50at.%-dən çox olmasına imkan verir. Bundan əlavə, LPE texnikası SiC-nin P-tipli qatqılanması üçün əlverişlidir ki, bu da Al-ı ərintiyə qatmaqla əldə edilə bilər.
həlledici [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Lakin, Al-ın daxil edilməsi P-tipli SiC tək kristallarının müqavimətinin artmasına gətirib çıxarır [49, 56]. Azot aşqarlanması altında N-tipli böyümədən başqa,
Məhlulun böyüməsi ümumiyyətlə inert qaz atmosferində baş verir. Helium (He) arqondan daha bahalı olsa da, daha aşağı özlülüyü və daha yüksək istilik keçiriciliyi (arqondan 8 dəfə) səbəbindən bir çox alim tərəfindən bəyənilir [85]. 4H-SiC-də miqrasiya sürəti və Cr tərkibi He və Ar atmosferi altında oxşardır, sübut edilmişdir ki, toxum tutucusunun daha böyük istilik yayılması səbəbindən Her altında böyümə Ar altında böyümədən daha yüksək böyümə sürətinə səbəb olur [68]. He, yetişən kristalın içərisində boşluqların əmələ gəlməsinə və məhluldakı spontan nüvələşməyə mane olur, sonra hamar bir səth morfologiyası əldə edilə bilər [86].
Bu məqalədə SiC cihazlarının inkişafı, tətbiqləri və xüsusiyyətləri, eləcə də SiC tək kristallarının yetişdirilməsi üçün üç əsas üsul təqdim edilmişdir. Növbəti bölmələrdə mövcud məhlul yetişdirmə üsulları və müvafiq əsas parametrlər nəzərdən keçirilmişdir. Sonda məhlul metodu ilə SiC tək kristallarının kütləvi böyüməsi ilə bağlı çətinliklər və gələcək işlər müzakirə olunan bir perspektiv təklif edilmişdir.
Yazı vaxtı: 01 İyul 2024