આકૃતિ 3 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલને ઉચ્ચ ગુણવત્તા અને કાર્યક્ષમતા પ્રદાન કરવા માટે ત્રણ મુખ્ય તકનીકો છે: લિક્વિડ ફેઝ એપિટાક્સી (LPE), ફિઝિકલ વેપર ટ્રાન્સપોર્ટ (PVT), અને હાઇ-ટેમ્પરેચર કેમિકલ વેપર ડિપોઝિશન (HTCVD). PVT એ SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલના ઉત્પાદન માટે એક સુસ્થાપિત પ્રક્રિયા છે, જેનો ઉપયોગ મુખ્ય વેફર ઉત્પાદકોમાં વ્યાપકપણે થાય છે.
જોકે, ત્રણેય પ્રક્રિયાઓ ઝડપથી વિકસિત અને નવીન થઈ રહી છે. ભવિષ્યમાં કઈ પ્રક્રિયા વ્યાપકપણે અપનાવવામાં આવશે તે હજુ સુધી નક્કી કરવું શક્ય નથી. ખાસ કરીને, તાજેતરના વર્ષોમાં દ્રાવણ વૃદ્ધિ દ્વારા ઉત્પાદિત ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ નોંધપાત્ર દરે નોંધાયા છે, પ્રવાહી તબક્કામાં SiC બલ્ક વૃદ્ધિ માટે સબલાઈમેશન અથવા ડિપોઝિશન પ્રક્રિયા કરતા ઓછા તાપમાનની જરૂર પડે છે, અને તે P-પ્રકારના SiC સબસ્ટ્રેટ્સના ઉત્પાદનમાં શ્રેષ્ઠતા દર્શાવે છે (કોષ્ટક 3) [33, 34].
આકૃતિ 3: ત્રણ પ્રબળ SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ વૃદ્ધિ તકનીકોની યોજનાકીય: (a) પ્રવાહી તબક્કાનું એપિટાક્સી; (b) ભૌતિક વરાળ પરિવહન; (c) ઉચ્ચ-તાપમાન રાસાયણિક વરાળ નિક્ષેપ
કોષ્ટક 3: SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ્સ ઉગાડવા માટે LPE, PVT અને HTCVD ની સરખામણી [33, 34]
સંયોજન સેમિકન્ડક્ટર્સ તૈયાર કરવા માટે સોલ્યુશન ગ્રોથ એક પ્રમાણભૂત ટેકનોલોજી છે [36]. 1960 ના દાયકાથી, સંશોધકોએ દ્રાવણમાં સ્ફટિક વિકસાવવાનો પ્રયાસ કર્યો છે [37]. એકવાર ટેકનોલોજી વિકસિત થઈ જાય, પછી વૃદ્ધિ સપાટીના સુપરસેચ્યુરેશનને સારી રીતે નિયંત્રિત કરી શકાય છે, જે સોલ્યુશન પદ્ધતિને ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા સિંગલ ક્રિસ્ટલ ઇંગોટ્સ મેળવવા માટે એક આશાસ્પદ ટેકનોલોજી બનાવે છે.
SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલના દ્રાવણ વૃદ્ધિ માટે, Si સ્ત્રોત અત્યંત શુદ્ધ Si પીગળવાથી ઉદ્ભવે છે જ્યારે ગ્રેફાઇટ ક્રુસિબલ બે હેતુઓ પૂરા પાડે છે: હીટર અને C દ્રાવ્ય સ્ત્રોત. જ્યારે C અને Si નો ગુણોત્તર 1 ની નજીક હોય ત્યારે SiC સિંગલ સ્ફટિકો આદર્શ સ્ટોઇકિયોમેટ્રિક ગુણોત્તર હેઠળ વધવાની શક્યતા વધુ હોય છે, જે ઓછી ખામી ઘનતા દર્શાવે છે [28]. જોકે, વાતાવરણીય દબાણ પર, SiC કોઈ ગલનબિંદુ બતાવતું નથી અને 2,000 °C થી વધુ તાપમાને બાષ્પીભવન દ્વારા સીધું વિઘટન થાય છે. સૈદ્ધાંતિક અપેક્ષાઓ અનુસાર, SiC પીગળવું, ફક્ત Si-C દ્વિસંગી તબક્કા આકૃતિ (આકૃતિ 4) માંથી જોઈ શકાય છે કે તાપમાન ઢાળ અને દ્રાવણ પ્રણાલી દ્વારા ગંભીર સ્થિતિમાં જ રચાય છે. Si પીગળવામાં C જેટલું ઊંચું હોય છે તે 1at.% થી 13at.% સુધી બદલાય છે. ડ્રાઇવિંગ C સુપરસેચ્યુરેશન, વૃદ્ધિ દર ઝડપી, જ્યારે વૃદ્ધિનું નીચું C બળ C સુપરસેચ્યુરેશન છે જે 109 Pa ના દબાણ અને 3,200 °C થી ઉપરના તાપમાન પર પ્રભુત્વ ધરાવે છે. તે સુપરસેચ્યુરેશન દ્વારા સરળ સપાટી ઉત્પન્ન કરી શકે છે [22, 36-38]. 1,400 અને 2,800 °C વચ્ચેના તાપમાને, Si મેલ્ટમાં C ની દ્રાવ્યતા 1at.% થી 13at.% સુધી બદલાય છે. વૃદ્ધિનું પ્રેરક બળ C સુપરસેચ્યુરેશન છે જે તાપમાન ઢાળ અને દ્રાવણ પ્રણાલી દ્વારા પ્રભુત્વ ધરાવે છે. C સુપરસેચ્યુરેશન જેટલું ઊંચું હોય છે, વૃદ્ધિ દર તેટલો ઝડપી હોય છે, જ્યારે નીચું C સુપરસેચ્યુરેશન સરળ સપાટી ઉત્પન્ન કરે છે [22, 36-38].
આકૃતિ 4: Si-C દ્વિસંગી તબક્કા આકૃતિ [40]
ડોપિંગ ટ્રાન્ઝિશન મેટલ એલિમેન્ટ્સ અથવા રેર-અર્થ એલિમેન્ટ્સ માત્ર વૃદ્ધિ તાપમાનને અસરકારક રીતે ઘટાડે છે એટલું જ નહીં પરંતુ Si મેલ્ટમાં કાર્બન દ્રાવ્યતામાં ધરખમ સુધારો કરવાનો એકમાત્ર રસ્તો લાગે છે. Si મેલ્ટમાં ટ્રાન્ઝિશન ગ્રુપ મેટલ્સ, જેમ કે Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80], વગેરે અથવા રેર અર્થ મેટલ્સ, જેમ કે Ce [81], Y [82], Sc, વગેરે ઉમેરવાથી થર્મોડાયનેમિક સંતુલનની નજીકની સ્થિતિમાં કાર્બન દ્રાવ્યતા 50at.% થી વધુ થઈ શકે છે. વધુમાં, LPE ટેકનિક SiC ના P-પ્રકાર ડોપિંગ માટે અનુકૂળ છે, જે Al ને એલોય કરીને પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.
દ્રાવક [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. જોકે, Al ના સમાવેશથી P-પ્રકાર SiC સિંગલ સ્ફટિકોની પ્રતિકારકતામાં વધારો થાય છે [49, 56]. નાઇટ્રોજન ડોપિંગ હેઠળ N-પ્રકારની વૃદ્ધિ ઉપરાંત,
દ્રાવણનો વિકાસ સામાન્ય રીતે નિષ્ક્રિય વાયુ વાતાવરણમાં થાય છે. જોકે હિલીયમ (He) આર્ગોન કરતાં વધુ ખર્ચાળ છે, તેની ઓછી સ્નિગ્ધતા અને ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા (આર્ગોન કરતાં 8 ગણી) [85] ને કારણે ઘણા વિદ્વાનો તેને પસંદ કરે છે. 4H-SiC માં સ્થળાંતર દર અને Cr સામગ્રી He અને Ar વાતાવરણ હેઠળ સમાન છે, તે સાબિત થયું છે કે બીજ ધારકના વધુ ગરમીના વિસર્જનને કારણે Ar હેઠળ વૃદ્ધિ કરતાં વધુ વૃદ્ધિ દરમાં પરિણમે છે [68]. તે ઉગાડેલા સ્ફટિકની અંદર ખાલી જગ્યાઓ અને દ્રાવણમાં સ્વયંભૂ ન્યુક્લિયેશનને અવરોધે છે, પછી, એક સરળ સપાટી મોર્ફોલોજી મેળવી શકાય છે [86].
આ પેપરમાં SiC ઉપકરણોના વિકાસ, ઉપયોગો અને ગુણધર્મો અને SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ ઉગાડવા માટેની ત્રણ મુખ્ય પદ્ધતિઓનો પરિચય આપવામાં આવ્યો હતો. નીચેના વિભાગોમાં, વર્તમાન સોલ્યુશન ગ્રોથ તકનીકો અને તેને અનુરૂપ મુખ્ય પરિમાણોની સમીક્ષા કરવામાં આવી હતી. અંતે, એક દૃષ્ટિકોણ પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યો હતો જેમાં સોલ્યુશન પદ્ધતિ દ્વારા SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલના બલ્ક ગ્રોથ સંબંધિત પડકારો અને ભવિષ્યના કાર્યોની ચર્ચા કરવામાં આવી હતી.
પોસ્ટ સમય: જુલાઈ-01-2024