Lykas te sjen is yn Fig. 3, binne der trije dominante techniken dy't rjochte binne op it leverjen fan SiC-inkristal mei hege kwaliteit en effisjinsje: floeibere faze-epitaxy (LPE), fysyk damptransport (PVT), en hege-temperatuer gemyske dampôfsetting (HTCVD). PVT is in goed etablisearre proses foar it produsearjen fan SiC-inkristal, dat breed brûkt wurdt by grutte waferfabrikanten.
Alle trije prosessen binne lykwols yn rap tempo yn ûntwikkeling en ynnovaasje. It is noch net mooglik om te sizzen hokker proses yn 'e takomst breed oannaam wurde sil. Benammen heechweardige SiC-ienkristal produsearre troch oplossingsgroei mei in flinke snelheid is de lêste jierren rapportearre, SiC-bulkgroei yn 'e floeibere faze fereasket in legere temperatuer as dy fan it sublimaasje- of ôfsettingsproses, en it demonstrearret treflikens yn it produsearjen fan P-type SiC-substraten (Tabel 3) [33, 34].
Fig. 3: Skematyske foarstelling fan trije dominante SiC-ienkristalgroeitechniken: (a) floeibere faze-epitaxy; (b) fysyk damptransport; (c) gemyske dampôfsetting by hege temperatuer
Tabel 3: Ferliking fan LPE, PVT en HTCVD foar it groeien fan SiC-ienkristallen [33, 34]
Oplossingsgroei is in standerttechnology foar it tarieden fan gearstalde healgeleiders [36]. Sûnt de jierren 1960 hawwe ûndersikers besocht in kristal yn oplossing te ûntwikkeljen [37]. Sadree't de technology ûntwikkele is, kin de oersaturaasje fan it groeioerflak goed kontroleare wurde, wat de oplossingsmetoade in beloftefolle technology makket foar it krijen fan ienkristalblokken fan hege kwaliteit.
Foar oplossingsgroei fan SiC-ienkristal komt de Si-boarne út in tige suvere Si-smelt, wylst de grafytkroes dûbele doelen tsjinnet: ferwaarming en C-oplosboarne. SiC-ienkristallen groeie wierskynliker ûnder de ideale stoichiometryske ferhâlding as de ferhâlding fan C en Si tichtby 1 is, wat in legere defektdichtheid oanjout [28]. By atmosfearyske druk toant SiC lykwols gjin smeltpunt en ûntlient direkt fia ferdamping by temperatueren boppe sawat 2.000 °C. SiC-smelten kinne, neffens teoretyske ferwachtingen, allinich foarme wurde ûnder swiere temperatuergradiïnt en oplossingssysteem, lykas te sjen is yn it Si-C binêre fazediagram (Fig. 4). Hoe heger de C yn 'e Si-smelt farieart fan 1 at.% oant 13 at.%. De driuwende C-oersaturaasje, hoe rapper de groeisnelheid, wylst in lege C-krêft fan 'e groei de C-oersaturaasje is dy't dominearre wurdt troch in druk fan 109 Pa en temperatueren boppe 3.200 °C. It kin oersaturaasje in glêd oerflak produsearje [22, 36-38]. temperatueren tusken 1.400 en 2.800 °C, de oplosberens fan C yn 'e Si-smelt fariëarret fan 1 at.% oant 13 at.%. De driuwende krêft fan 'e groei is de C-oersaturaasje dy't dominearre wurdt troch temperatuergradiïnt en oplossingssysteem. Hoe heger de C-oersaturaasje, hoe rapper de groeisnelheid, wylst lege C-oersaturaasje in glêd oerflak produseart [22, 36-38].
Fig. 4: Si-C binêr fazediagram [40]
Doping fan oergongsmetaal-eleminten of seldsume ierde-eleminten ferleget net allinich effektyf de groeitemperatuer, mar liket de ienige manier te wêzen om de koalstofoplosberens yn Si-smelt drastysk te ferbetterjen. De tafoeging fan oergongsgroepmetalen, lykas Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80], ensfh. of seldsume ierdemetalen, lykas Ce [81], Y [82], Sc, ensfh. oan 'e Si-smelt lit de koalstofoplosberens mear as 50 at.% berikke yn in steat tichtby termodynamysk lykwicht. Boppedat is de LPE-technyk geunstich foar P-type doping fan SiC, wat berikt wurde kin troch Al te legearjen yn 'e
oplosmiddel [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. De ynkorporaasje fan Al liedt lykwols ta in ferheging fan 'e wjerstân fan P-type SiC ienkristallen [49, 56]. Neist N-type groei ûnder stikstofdoping,
Oplossingsgroei giet oer it algemien troch yn in inerte gasatmosfear. Hoewol helium (He) djoerder is as argon, wurdt it troch in protte gelearden foarkar jûn fanwegen syn legere viskositeit en hegere termyske geliedingsfermogen (8 kear argon) [85]. De migraasjesnelheid en it Cr-gehalte yn 4H-SiC binne fergelykber ûnder He- en Ar-atmosfear, it is bewiisd dat groei ûnder Here resulteart yn in hegere groeisnelheid as groei ûnder Ar fanwegen de gruttere waarmteôffier fan 'e siedhâlder [68]. He hinderet de foarming fan holtes yn 'e groeide kristal en spontane kearnfoarming yn 'e oplossing, wêrtroch in glêde oerflakmorfology kin wurde krigen [86].
Dit artikel yntrodusearre de ûntwikkeling, tapassingen en eigenskippen fan SiC-apparaten, en de trije wichtichste metoaden foar it kweken fan SiC-ienkristallen. Yn 'e folgjende seksjes waarden de hjoeddeistige oplossingsgroeitechniken en oerienkommende wichtige parameters besjoen. Uteinlik waard in útsjoch foarsteld dy't de útdagings en takomstich wurk oangeande de bulkgroei fan SiC-ienkristallen fia de oplossingsmetoade bespruts.
Pleatsingstiid: 1 july 2024