Fel y dangosir yn Ffig. 3, mae tair techneg amlwg sy'n anelu at ddarparu grisial sengl SiC o ansawdd ac effeithlonrwydd uchel: epitacsi cyfnod hylif (LPE), cludo anwedd ffisegol (PVT), a dyddodiad anwedd cemegol tymheredd uchel (HTCVD). Mae PVT yn broses sefydledig ar gyfer cynhyrchu grisial sengl SiC, a ddefnyddir yn helaeth mewn gweithgynhyrchwyr waffer mawr.
Fodd bynnag, mae'r tri phroses yn esblygu ac yn arloesi'n gyflym. Nid yw'n bosibl eto rhagweld pa broses a fydd yn cael ei mabwysiadu'n eang yn y dyfodol. Yn benodol, mae grisial sengl SiC o ansawdd uchel a gynhyrchir trwy dwf toddiant ar gyfradd sylweddol wedi'i adrodd yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae twf swmp SiC yn y cyfnod hylif yn gofyn am dymheredd is na thymheredd y broses dyrnu neu ddyddodi, ac mae'n dangos rhagoriaeth wrth gynhyrchu swbstradau SiC math-P (Tabl 3) [33, 34].
Ffig. 3: Cynllun o dair techneg twf grisial sengl SiC dominyddol: (a) epitacsi cyfnod hylif; (b) cludo anwedd ffisegol; (c) dyddodiad anwedd cemegol tymheredd uchel
Tabl 3: Cymhariaeth o LPE, PVT ac HTCVD ar gyfer tyfu crisialau sengl SiC [33, 34]
Mae twf mewn hydoddiant yn dechnoleg safonol ar gyfer paratoi lled-ddargludyddion cyfansawdd [36]. Ers y 1960au, mae ymchwilwyr wedi ceisio datblygu crisial mewn hydoddiant [37]. Unwaith y bydd y dechnoleg wedi'i datblygu, gellir rheoli gor-dirlawnder arwyneb y twf yn dda, sy'n gwneud y dull hydoddiant yn dechnoleg addawol ar gyfer cael ingotau crisial sengl o ansawdd uchel.
Ar gyfer twf toddiant crisial sengl SiC, mae'r ffynhonnell Si yn deillio o doddiant Si pur iawn tra bod y crwsibl graffit yn gwasanaethu dau bwrpas: gwresogydd a ffynhonnell hydoddiant C. Mae crisialau sengl SiC yn fwy tebygol o dyfu o dan y gymhareb stoichiometreg ddelfrydol pan fydd y gymhareb o C a Si yn agos at 1, sy'n dynodi dwysedd diffyg is [28]. Fodd bynnag, ar bwysedd atmosfferig, nid yw SiC yn dangos unrhyw bwynt toddi ac mae'n dadelfennu'n uniongyrchol trwy anweddu ar dymheredd sy'n uwch na thua 2,000 °C. Yn ôl disgwyliadau damcaniaethol, dim ond o dan raddiant tymheredd a system toddiant difrifol y gellir ffurfio toddiannau SiC, fel y gwelir o'r diagram cyfnod deuaidd Si-C (Ffig. 4). Po uchaf yw'r C yn y toddiant Si yn amrywio o 1at.% i 13at.%. Y gor-dirlawnder C sy'n gyrru, y cyflymaf yw'r gyfradd twf, tra bod grym C isel y twf yn y gor-dirlawnder C sy'n cael ei ddominyddu gan bwysau o 109 Pa a thymheredd uwchlaw 3,200 °C. Gall gor-dirlawniad gynhyrchu arwyneb llyfn [22, 36-38]. Mewn tymereddau rhwng 1,400 a 2,800 °C, mae hydoddedd C yn y toddiant Si yn amrywio o 1 at.% i 13 at.%. Y grym sy'n gyrru'r twf yw'r gor-dirlawniad C sy'n cael ei ddominyddu gan raddiant tymheredd a system hydoddiant. Po uchaf yw'r gor-dirlawniad C, y cyflymaf yw'r gyfradd twf, tra bod gor-dirlawniad C isel yn cynhyrchu arwyneb llyfn [22, 36-38].
Ffig. 4: Diagram cyfnod deuaidd Si-C [40]
Mae dopio elfennau metelau trawsnewidiol neu elfennau daear prin nid yn unig yn gostwng y tymheredd twf yn effeithiol ond ymddengys mai dyma'r unig ffordd i wella hydoddedd carbon yn sylweddol mewn toddiant Si. Mae ychwanegu metelau grŵp trawsnewidiol, fel Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80], ac ati neu fetelau daear prin, fel Ce [81], Y [82], Sc, ac ati at y toddiant Si yn caniatáu i'r hydoddedd carbon fod yn fwy na 50at.% mewn cyflwr sy'n agos at gydbwysedd thermodynamig. Ar ben hynny, mae'r dechneg LPE yn ffafriol ar gyfer dopio SiC math-P, y gellir ei gyflawni trwy aloi Al i'r
toddydd [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Fodd bynnag, mae ymgorffori Al yn arwain at gynnydd yng ngwrthedd crisialau sengl SiC math-P [49, 56]. Ar wahân i dwf math-N o dan ddopio nitrogen,
Mae twf hydoddiant fel arfer yn digwydd mewn awyrgylch nwy anadweithiol. Er bod heliwm (He) yn ddrytach nag argon, mae'n cael ei ffafrio gan lawer o ysgolheigion oherwydd ei gludedd is a'i ddargludedd thermol uwch (8 gwaith argon) [85]. Mae'r gyfradd mudo a chynnwys Cr mewn 4H-SiC yn debyg o dan awyrgylch He ac Ar, mae wedi'i brofi bod twf o dan Here yn arwain at gyfradd twf uwch na thwf o dan Ar oherwydd y gwasgariad gwres mwy gan y deiliad hadau [68]. Mae He yn rhwystro ffurfio gwagleoedd y tu mewn i'r grisial sydd wedi tyfu a niwcleiad digymell yn yr hydoddiant, yna, gellir cael morffoleg arwyneb llyfn [86].
Cyflwynodd y papur hwn ddatblygiad, cymwysiadau a phriodweddau dyfeisiau SiC, a'r tri phrif ddull ar gyfer tyfu crisial sengl SiC. Yn yr adrannau canlynol, adolygwyd y technegau tyfu hydoddiant cyfredol a'r paramedrau allweddol cyfatebol. Yn olaf, cynigiwyd rhagolwg a drafododd yr heriau a'r gwaith yn y dyfodol ynghylch twf swmp crisialau sengl SiC trwy'r dull hydoddiant.
Amser postio: Gorff-01-2024