Jan yo montre nan Fig. 3, gen twa teknik dominan ki vize bay yon sèl kristal SiC ki gen bon jan kalite ak efikasite: epitaksi faz likid (LPE), transpò vapè fizik (PVT), ak depozisyon vapè chimik nan tanperati ki wo (HTCVD). PVT se yon pwosesis byen etabli pou pwodui yon sèl kristal SiC, ki lajman itilize nan gwo manifaktirè waf yo.
Sepandan, tout twa pwosesis yo ap evolye rapidman epi inove rapidman. Li poko posib pou detèmine ki pwosesis ki pral adopte lajman nan lavni. Patikilyèman, yo rapòte monokristal SiC kalite siperyè ki pwodui pa kwasans solisyon nan yon vitès konsiderab nan dènye ane yo, kwasans an mas SiC nan faz likid la mande yon tanperati ki pi ba pase pwosesis siblimasyon oswa depo a, epi li demontre ekselans nan pwodiksyon substrats SiC tip P (Tablo 3) [33, 34].
Fig. 3: Schematik twa teknik dominan kwasans monokristal SiC yo: (a) epitaksi faz likid; (b) transpò fizik vapè; (c) depo chimik vapè nan tanperati ki wo.
Tablo 3: Konparezon LPE, PVT ak HTCVD pou kiltivasyon kristal SiC [33, 34]
Kwasans nan solisyon se yon teknoloji estanda pou prepare semi-kondiktè konpoze [36]. Depi ane 1960 yo, chèchè yo te eseye devlope yon kristal nan solisyon [37]. Yon fwa teknoloji a devlope, yo ka byen kontwole sipèsaturasyon sifas kwasans lan, sa ki fè metòd solisyon an yon teknoloji pwomèt pou jwenn lengote monokristal kalite siperyè.
Pou kwasans solisyon monokristal SiC a, sous Si a soti nan yon fonn Si trè pi, alòske krisèl grafit la sèvi de objektif: aparèy chofaj ak sous solute C. Monokristal SiC yo gen plis chans pou yo grandi anba rapò estekiyometrik ideyal la lè rapò C ak Si a pre 1, sa ki endike yon dansite domaj ki pi ba [28]. Sepandan, nan presyon atmosferik, SiC pa montre okenn pwen fizyon epi li dekonpoze dirèkteman atravè vaporizasyon nan tanperati ki depase anviwon 2,000 °C. Fonn SiC yo, dapre atant teyorik yo, ka sèlman fòme anba gwo presyon, jan nou ka wè sa nan dyagram faz binè Si-C la (Fig. 4) ki montre ke nan gradyan tanperati ak sistèm solisyon an. Plis C la wo nan fonn Si a varye ant 1 at.% ak 13 at.%. Fòs sipèsaturasyon C ki kondwi a se sipèsaturasyon C ki domine pa yon presyon 109 Pa ak tanperati ki pi wo pase 3,200 °C. Sipèsaturasyon an ka pwodui yon sifas lis [22, 36-38]. Nan tanperati ant 1,400 ak 2,800 °C, solubilite C nan fonn Si a varye ant 1 at.% ak 13 at.%. Fòs motè kwasans lan se sipèsaturasyon C a ki domine pa gradyan tanperati a ak sistèm solisyon an. Plis sipèsaturasyon C a wo, se plis to kwasans lan rapid, alòske yon sipèsaturasyon C ki ba pwodui yon sifas lis [22, 36-38].
Fig. 4: Dyagram faz binè Si-C [40]
Dopan eleman metal tranzisyon oswa eleman latè ra yo pa sèlman diminye tanperati kwasans lan efektivman, men li sanble sèl fason pou amelyore anpil solubilite kabòn nan Si fonn lan. Ajoute metal gwoup tranzisyon yo, tankou Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80], elatriye oswa metal latè ra, tankou Ce [81], Y [82], Sc, elatriye nan Si fonn lan pèmèt solubilite kabòn nan depase 50at.% nan yon eta ki pre ekilib tèmodinamik. Anplis, teknik LPE favorab pou dopan tip P nan SiC, ki ka reyalize lè yo fè alyaj Al nan...
sòlvan [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Sepandan, enkòporasyon Al mennen nan yon ogmantasyon nan rezistivite kristal sèl SiC tip P [49, 56]. Apa de kwasans tip N anba dopan azòt,
Kwasans solisyon an jeneralman fèt nan yon atmosfè gaz inaktif. Malgre ke elyòm (He) pi chè pase agon, anpil chèchè prefere li akòz viskozite ki pi ba ak konduktivite tèmik ki pi wo (8 fwa pi wo pase agon) [85]. To migrasyon an ak kontni Cr nan 4H-SiC yo sanble anba atmosfè He ak Ar, li pwouve ke kwasans anba Her lakòz yon to kwasans ki pi wo pase kwasans anba Ar akòz pi gwo disipasyon chalè nan depo grenn nan [68]. Li anpeche fòmasyon vid andedan kristal ki grandi a ak nikleyasyon espontane nan solisyon an, lè sa a, yon mòfoloji sifas lis ka jwenn [86].
Atik sa a prezante devlopman, aplikasyon, ak pwopriyete aparèy SiC yo, ansanm ak twa metòd prensipal yo pou fè grandi monokristal SiC. Nan seksyon ki vin apre yo, yo te revize teknik kwasans solisyon aktyèl yo ak paramèt kle ki koresponn yo. Finalman, yo te pwopoze yon pèspektiv ki diskite sou defi yo ak travay nan lavni konsènan kwasans an mas monokristal SiC atravè metòd solisyon an.
Lè piblikasyon an: 1ye Jiyè 2024