Kiel montrite en Fig. 3, ekzistas tri dominaj teknikoj celantaj provizi SiC-ununuran kristalon kun alta kvalito kaj efikeco: likvafaza epitaksio (LPE), fizika vaportransporto (PVT), kaj alt-temperatura kemia vapordemetado (HTCVD). PVT estas bone establita procezo por produkti SiC-ununuran kristalon, kiu estas vaste uzata en gravaj fabrikantoj de vaflaĵoj.
Tamen, ĉiuj tri procezoj rapide evoluas kaj novigas. Ankoraŭ ne eblas konstati, kiu procezo estos vaste adoptita en la estonteco. Precipe, altkvalita SiC-unuopa kristalo produktita per solva kresko je konsiderinda rapideco estis raportita en la lastaj jaroj, SiC-amasa kresko en la likva fazo postulas pli malaltan temperaturon ol tiu de la sublimada aŭ depona procezo, kaj ĝi montras plejbonecon en produktado de P-tipaj SiC-substratoj (Tabelo 3) [33, 34].
Fig. 3: Skemo de tri dominaj SiC-unukristalaj kreskoteknikoj: (a) likvafaza epitaksio; (b) fizika vaportransporto; (c) alttemperatura kemia vapordemetado
Tabelo 3: Komparo de LPE, PVT kaj HTCVD por kreskigi SiC-unuopajn kristalojn [33, 34]
Solvaĵa kresko estas norma teknologio por preparado de kunmetitaj duonkonduktaĵoj [36]. Ekde la 1960-aj jaroj, esploristoj provis disvolvi kristalon en solvaĵo [37]. Post kiam la teknologio estas disvolvita, la supersaturiĝo de la kreskosurfaco povas esti bone kontrolita, kio igas la solvan metodon promesplena teknologio por akiri altkvalitajn unu-kristalajn orbrikojn.
Por solva kresko de SiC-unuopa kristalo, la Si-fonto devenas de tre pura Si-fanditaĵo, dum la grafita krisolo servas duoblajn celojn: hejtilo kaj C-soluta fonto. SiC-unuopaj kristaloj pli emas kreski sub la ideala stoiĥiometria proporcio kiam la proporcio de C kaj Si estas proksima al 1, indikante pli malaltan difektodensecon [28]. Tamen, ĉe atmosfera premo, SiC montras neniun fandopunkton kaj malkomponiĝas rekte per vaporiĝo je temperaturoj superantaj ĉirkaŭ 2000 °C. SiC-fandadoj, laŭ teoriaj atendoj, povas esti formitaj nur sub severaj temperaturo-gradiento kaj solva sistemo. Ju pli alta estas C en la Si-fanditaĵo, kiu varias de 1 at.% ĝis 13 at.%. La pelanta C-supersaturiĝo, des pli rapida estas la kreskorapideco, dum malalta C-forto de la kresko estas la C-supersaturiĝo, kiu estas dominata je premo de 109 Pa kaj temperaturoj super 3200 °C. Ĝia supersaturiĝo povas produkti glatan surfacon [22, 36-38]. Ĉe temperaturoj inter 1 400 kaj 2 800 °C, la solvebleco de C en la Si-fandita materialo varias de 1 atom-% ĝis 13 atom-%. La mova forto de la kresko estas la C-supersaturiĝo, kiu estas dominata de temperaturgradiento kaj solvaĵa sistemo. Ju pli alta estas la C-supersaturiĝo, des pli rapida estas la kreskorapideco, dum malalta C-supersaturiĝo produktas glatan surfacon [22, 36-38].
Fig. 4: Si-C binara fazodiagramo [40]
Dopado de transiraj metalaj elementoj aŭ rarateraj elementoj ne nur efike malaltigas la kreskotemperaturon, sed ŝajnas esti la sola maniero draste plibonigi la karbonan solveblecon en Si-fanditaĵo. La aldono de transiraj grupaj metaloj, kiel ekzemple Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80], ktp., aŭ rarateraj metaloj, kiel ekzemple Ce [81], Y [82], Sc, ktp., al la Si-fanditaĵo permesas al la karbonan solvebleco superi 50at.% en stato proksima al termodinamika ekvilibro. Krome, la LPE-tekniko estas favora por P-tipa dopado de SiC, kiu povas esti atingita per alojado de Al en la...
solvilo [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Tamen, la enkorpigo de Al kondukas al pliiĝo de la rezisteco de P-tipaj SiC-unuopaj kristaloj [49, 56]. Krom N-tipa kresko sub nitrogena dopado,
Solvaĵa kresko ĝenerale okazas en inerta gasa atmosfero. Kvankam heliumo (He) estas pli multekosta ol argono, ĝi estas preferata de multaj fakuloj pro sia pli malalta viskozeco kaj pli alta varmokondukteco (8-obla ol argono) [85]. La migrada rapideco kaj Cr-enhavo en 4H-SiC estas similaj sub He kaj Ar atmosfero, estas pruvite, ke kresko sub Here rezultas en pli alta kreskorapideco ol kresko sub Ar pro la pli granda varmodisradiado de la semtenilo [68]. He malhelpas la malplenformadon ene de la kreskigita kristalo kaj spontanean nukleadon en la solvaĵo, tiel ke oni povas akiri glatan surfacan morfologion [86].
Ĉi tiu artikolo prezentis la disvolviĝon, aplikojn kaj ecojn de SiC-aparatoj, kaj la tri ĉefajn metodojn por kreskigi SiC-unun kristalon. En la sekvaj sekcioj, la nunaj solvaj kreskaj teknikoj kaj respondaj ŝlosilaj parametroj estis reviziitaj. Fine, perspektivo estis proponita, kiu diskutis la defiojn kaj estontajn laborojn rilate al la amaskreskigo de SiC-unun kristalojn per la solva metodo.
Afiŝtempo: 1-a de Julio, 2024