3. irudian erakusten den bezala, SiC kristal bakarreko kalitate eta eraginkortasun handikoa lortzeko hiru teknika nagusi daude: fase likidoko epitaxia (LPE), lurrun-garraio fisikoa (PVT) eta tenperatura altuko lurrun-deposizio kimikoa (HTCVD). PVT SiC kristal bakarreko ekoizpenerako prozesu finkatua da, eta oblea-fabrikatzaile nagusiek asko erabiltzen dute.
Hala ere, hiru prozesuak azkar eboluzionatzen eta berritzen ari dira. Oraindik ezin da zehaztu zein prozesu erabiliko den etorkizunean. Bereziki, azken urteotan disoluzio-hazkundearen bidez ekoitzitako kalitate handiko SiC kristal bakarreko datuak jakinarazi dira, fase likidoan SiC-ren hazkunde masiboak sublimazio- edo deposizio-prozesua baino tenperatura baxuagoa behar du, eta bikaintasuna erakusten du P motako SiC substratuak ekoizteko (3. taula) [33, 34].
3. irudia: SiC kristal bakarreko hazkuntza-teknika nagusien hiru eskema: (a) fase likidoko epitaxia; (b) lurrun-garraio fisikoa; (c) tenperatura altuko lurrun-deposizio kimikoa
3. taula: LPE, PVT eta HTCVDren konparaketa SiC kristal bakarreko hazkuntzarako [33, 34]
Hazkuntza soluzio bidezkoa konposatu erdieroaleak prestatzeko teknologia estandarra da [36]. 1960ko hamarkadatik, ikertzaileek kristal bat soluzioan garatzen saiatu dira [37]. Teknologia garatu ondoren, hazkuntza-gainazalaren gainsaturazioa ondo kontrolatu daiteke, eta horrek soluzio bidezko metodoa kalitate handiko kristal bakarreko lingoteak lortzeko teknologia itxaropentsua bihurtzen du.
SiC kristal bakarreko disoluzio-hazkuntzarako, Si iturria Si urtutako material oso puru batetik dator, eta grafitozko krisolak, berriz, bi helburu ditu: berogailu eta C solutu iturri gisa. SiC kristal bakarrek estekiometria-erlazio idealaren azpian hazteko aukera gehiago dute C eta Si arteko erlazioa 1etik gertu dagoenean, akatsen dentsitate txikiagoa adieraziz [28]. Hala ere, presio atmosferikoan, SiC-k ez du urtze-punturik erakusten eta zuzenean deskonposatzen da lurrunketaren bidez 2.000 °C-tik gorako tenperaturetan. SiC urtutako materialak, aurreikuspen teorikoen arabera, tenperatura-gradientearen eta disoluzio-sistemaren arabera bakarrik sor daitezke, Si-C fase-diagrama bitarrean ikus daitekeen bezala (4. irudia). Zenbat eta C handiagoa izan Si urtutako materialan, % 1etik % 13ra bitartekoa da. C gainsaturazioa bultzatzen duena, orduan eta azkarragoa da hazkunde-tasa, eta C indarra baxua da, eta hazkundearen C gainsaturazioa da nagusi, 109 Pa-ko presioan eta 3.200 °C-tik gorako tenperaturetan. Supersaturazioak gainazal leuna sortzen du [22, 36-38]. 1.400 eta 2.800 °C arteko tenperaturetan, C-ren disolbagarritasuna Si urtutako materialetan % 1etik % 13ra bitartekoa da. Hazkundearen eragilea C-ren supersaturazioa da, tenperatura-gradienteak eta disoluzio-sistemak menderatzen dutena. Zenbat eta C-ren supersaturazio handiagoa izan, orduan eta azkarragoa da hazkunde-tasa, eta C-ren supersaturazio baxuak gainazal leuna sortzen du [22, 36-38].
4. irudia: Si-C fase-diagrama bitarra [40]
Trantsizio-metalen edo lur arraroen elementuen dopaketak ez du soilik hazkuntza-tenperatura eraginkortasunez jaisten, baizik eta badirudi Si urtutako karbonoaren disolbagarritasuna nabarmen hobetzeko modu bakarra dela. Trantsizio-taldeko metalak, hala nola Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80], etab. edo lur arraroen metalak, hala nola Ce [81], Y [82], Sc, etab. Si urtutakoari gehitzeak karbonoaren disolbagarritasuna % 50etik gorakoa izatea ahalbidetzen du oreka termodinamikotik gertu dagoen egoeran. Gainera, LPE teknika aldekoa da SiC-ren P motako dopaketa egiteko, eta hori Al aleatuz lor daiteke.
disolbatzailea [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Hala ere, Al-aren sartzeak P motako SiC kristal bakarreko erresistentzia handitzea dakar [49, 56]. Nitrogeno dopaketaren pean N motako hazkundeaz gain,
Disoluzioaren hazkundea, oro har, gas geldoaren atmosferan gertatzen da. Helioa (He) argona baino garestiagoa den arren, ikertzaile askok nahiago dute biskositate txikiagoa eta eroankortasun termiko handiagoa duelako (argonaren 8 aldiz) [85]. 4H-SiC-ko migrazio-tasa eta Cr edukia antzekoak dira He eta Ar atmosferan, eta frogatuta dago Here-pean hazteak Ar-pean baino hazkunde-tasa handiagoa dakarrela, hazi-euskarriaren bero-xahutze handiagoa dela eta [68]. Helioak hazitako kristalaren barruan hutsuneen eraketa eta disoluzioan nukleazio espontaneoa eragozten ditu, eta horrela, gainazal-morfologia leuna lor daiteke [86].
Artikulu honek SiC gailuen garapena, aplikazioak eta propietateak aurkeztu zituen, baita SiC kristal bakarreko hazkuntzarako hiru metodo nagusiak ere. Hurrengo ataletan, egungo disoluzio-hazkuntza teknikak eta dagokien parametro nagusiak berrikusi ziren. Azkenik, disoluzio-metodoaren bidez SiC kristal bakarreko hazkuntza masiboari buruzko erronkak eta etorkizuneko lanak eztabaidatzen zituen ikuspegi bat proposatu zen.
Argitaratze data: 2024ko uztailak 1