Як паказана на мал. 3, існуюць тры дамінуючыя метады, накіраваныя на забеспячэнне высокай якасці і эфектыўнасці монакрышталяў SiC: вадкафазная эпітаксія (LPE), фізічны транспарт з паравой фазы (PVT) і высокатэмпературнае хімічнае асаджэнне з паравой фазы (HTCVD). PVT — гэта добра вядомы працэс атрымання монакрышталяў SiC, які шырока выкарыстоўваецца буйнымі вытворцамі пласцін.
Аднак усе тры працэсы хутка развіваюцца і ўкараняюцца інавацыі. Пакуль немагчыма прадказаць, які з іх будзе шырока ўжывацца ў будучыні. У прыватнасці, у апошнія гады паведамлялася пра высакаякасныя монакрышталі SiC, атрыманыя шляхам вырошчвання ў растворы са значнай хуткасцю, аб'ёмны рост SiC у вадкай фазе патрабуе больш нізкай тэмпературы, чым працэс сублімацыі або нанясення, і гэта дэманструе выдатныя вынікі ў вытворчасці падложак SiC P-тыпу (табліца 3) [33, 34].
Мал. 3: Схема трох асноўных метадаў вырошчвання монакрышталяў SiC: (а) вадкафазная эпітаксія; (б) фізічны транспарт з парай; (в) высокатэмпературнае хімічнае асаджэнне з паравой фазы
Табліца 3: Параўнанне LPE, PVT і HTCNVD для вырошчвання монакрышталяў SiC [33, 34]
Вырошчванне ў растворы — стандартная тэхналогія атрымання складаных паўправаднікоў [36]. З 1960-х гадоў даследчыкі спрабавалі распрацаваць крышталь у растворы [37]. Пасля распрацоўкі тэхналогіі перасычэнне паверхні росту можна добра кантраляваць, што робіць метад раствора перспектыўнай тэхналогіяй атрымання высакаякасных монакрышталічных зліткаў.
Для росту монакрышталяў SiC у растворы крыніцай Si з'яўляецца высокачысты расплав Si, у той час як графітавы тыгель выконвае двайную функцыю: награвальнік і крыніца растворанага рэчыва C. Монакрышталі SiC, хутчэй за ўсё, растуць пры ідэальным стехіаметрычным суадносінах, калі суадносіны C і Si блізкае да 1, што сведчыць аб меншай шчыльнасці дэфектаў [28]. Аднак пры атмасферным ціску SiC не мае тэмпературы плаўлення і раскладаецца непасрэдна праз выпарэнне пры тэмпературах, якія перавышаюць каля 2000 °C. Расплавы SiC, згодна з тэарэтычнымі чаканнямі, могуць утварацца толькі пры моцных тэмпературах, як відаць з бінарнай фазавай дыяграмы Si-C (мал. 4), пад уздзеяннем градыенту тэмператур і сістэмы раствора. Чым вышэй C у расплаве Si, тым вышэйшая хуткасць росту, тым вышэйшая хуткасць росту — перасычэнне C, у якім пераважае ціск 109 Па і тэмпература вышэй за 3200 °C. Перасычэнне можа прывесці да гладкай паверхні [22, 36-38]. Пры тэмпературах ад 1400 да 2800 °C растваральнасць C у расплаве Si вар'іруецца ад 1 ат.% да 13 ат.%. Рухаючай сілай росту з'яўляецца перасычэнне C, якое пераважна залежыць ад градыенту тэмператур і сістэмы раствораў. Чым вышэй перасычэнне C, тым хутчэйшая хуткасць росту, у той час як нізкае перасычэнне C стварае гладкую паверхню [22, 36-38].
Мал. 4: Дыяграма двайковай фазы Si-C [40]
Легаванне пераходнымі металамі або рэдказямельнымі элементамі не толькі эфектыўна зніжае тэмпературу росту, але і, відаць, з'яўляецца адзіным спосабам значна палепшыць растваральнасць вугляроду ў расплаве Si. Даданне пераходных металаў, такіх як Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80] і г.д., або рэдказямельных металаў, такіх як Ce [81], Y [82], Sc і г.д., у расплав Si дазваляе растваральнасці вугляроду перавышаць 50 ат.% у стане, блізкім да тэрмадынамічнай раўнавагі. Больш за тое, тэхніка LPE спрыяльная для легавання P-тыпу SiC, чаго можна дасягнуць шляхам легіравання Al у...
растваральнік [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Аднак увядзенне Al прыводзіць да павелічэння ўдзельнага супраціўлення монакрышталяў SiC P-тыпу [49, 56]. Акрамя росту N-тыпу пры легаванні азотам,
Рост у растворы звычайна адбываецца ў атмасферы інэртнага газу. Нягледзячы на тое, што гелій (He) даражэйшы за аргон, многія навукоўцы аддаюць перавагу яму з-за яго меншай глейкасці і больш высокай цеплаправоднасці (у 8 разоў большая за аргон) [85]. Хуткасць міграцыі і ўтрыманне Cr у 4H-SiC падобныя ў атмасферах He і Ar. Даказана, што рост пад He прыводзіць да больш высокай хуткасці росту, чым рост пад Ar, з-за большай цеплааддачы трымальніка затраўкі [68]. He перашкаджае ўтварэнню пустэч унутры вырашчанага крышталя і спантаннаму зародкаўтварэнню ў растворы, таму можна атрымаць гладкую марфалогію паверхні [86].
У гэтым артыкуле былі прадстаўлены распрацоўка, прымяненне і ўласцівасці прылад на аснове карбіду крэмнію (SiC), а таксама тры асноўныя метады вырошчвання монакрышталяў SiC. У наступных раздзелах былі разгледжаны сучасныя метады вырошчвання ў растворы і адпаведныя ключавыя параметры. Нарэшце, быў прапанаваны погляд на праблемы і будучыя даследаванні, звязаныя з вырошчваннем монакрышталяў SiC у аб'ёме метадам раствора.
Час публікацыі: 1 ліпеня 2024 г.