Ինչպես ցույց է տրված նկար 3-ում, կան երեք գերիշխող տեխնիկա, որոնք նպատակ ունեն ապահովել SiC միաբյուրեղ բարձր որակով և արդյունավետությամբ՝ հեղուկ փուլի էպիտաքսիա (LPE), ֆիզիկական գոլորշու փոխադրում (PVT) և բարձր ջերմաստիճանում քիմիական գոլորշու նստեցում (HTCVD): PVT-ն SiC միաբյուրեղ ստանալու լավ հաստատված գործընթաց է, որը լայնորեն կիրառվում է խոշոր վաֆլի արտադրողների կողմից:
Այնուամենայնիվ, բոլոր երեք գործընթացներն էլ արագ զարգանում և նորարարական են։ Դեռևս հնարավոր չէ ասել, թե ապագայում որ գործընթացը լայնորեն կկիրառվի։ Մասնավորապես, վերջին տարիներին հաղորդվել է լուծույթում զգալի արագությամբ աճեցման միջոցով ստացված բարձրորակ SiC միաբյուրեղի մասին, հեղուկ փուլում SiC զանգվածային աճը պահանջում է ավելի ցածր ջերմաստիճան, քան սուբլիմացիայի կամ նստեցման գործընթացում, և այն գերազանցություն է ցուցաբերում P-տիպի SiC հիմքեր ստանալու գործում (աղյուսակ 3) [33, 34]:
Նկ. 3. SiC միաբյուրեղի աճեցման երեք գերիշխող տեխնիկաների սխեմատիկ պատկերը՝ (ա) հեղուկ փուլի էպիտաքսիա, (բ) ֆիզիկական գոլորշիների փոխադրում, (գ) բարձր ջերմաստիճանում քիմիական գոլորշիների նստեցում
Աղյուսակ 3. LPE, PVT և HTCVD-ի համեմատությունը SiC միաբյուրեղների աճեցման համար [33, 34]
Լուծույթում աճեցումը բարդ կիսահաղորդիչներ պատրաստելու ստանդարտ տեխնոլոգիա է [36]: 1960-ական թվականներից ի վեր հետազոտողները փորձել են բյուրեղ մշակել լուծույթում [37]: Տեխնոլոգիայի մշակումից հետո աճի մակերեսի գերհագեցումը կարող է լավ վերահսկվել, ինչը լուծույթի մեթոդը դարձնում է խոստումնալից տեխնոլոգիա բարձրորակ միաբյուրեղային ձուլակտորներ ստանալու համար:
SiC միաբյուրեղի լուծույթում աճեցման համար Si աղբյուրը ստացվում է բարձր մաքրության Si հալվածքից, մինչդեռ գրաֆիտային հալոցքը ծառայում է կրկնակի նպատակի՝ տաքացուցիչ և C լուծված նյութի աղբյուր: SiC միաբյուրեղները ավելի հավանական է, որ աճեն իդեալական ստոխիոմետրիկ հարաբերակցության դեպքում, երբ C-ի և Si-ի հարաբերակցությունը մոտ է 1-ի, ինչը ցույց է տալիս ավելի ցածր արատների խտություն [28]: Այնուամենայնիվ, մթնոլորտային ճնշման դեպքում SiC-ն հալման կետ չունի և անմիջապես քայքայվում է գոլորշիացման միջոցով՝ մոտ 2000 °C-ից բարձր ջերմաստիճաններում: Տեսական սպասումների համաձայն, SiC հալվածքները կարող են առաջանալ միայն խիստ ջերմաստիճանային գրադիենտի և լուծույթի համակարգի պայմաններում, ինչը երևում է Si-C երկուական փուլային դիագրամից (Նկար 4): Որքան բարձր է Si հալվածքում C-ն տատանվում է 1 ատ.%-ից մինչև 13 ատ.%: Որքան բարձր է C գերհագեցածությունը, այնքան արագ է աճի տեմպը, մինչդեռ աճի ցածր C ուժը C գերհագեցածությունն է, որը գերակշռում է 109 Պա ճնշման և 3200 °C-ից բարձր ջերմաստիճանների վրա: Այն կարող է գերհագեցած լինել՝ առաջացնելով հարթ մակերես [22, 36-38]: 1400-ից 2800 °C ջերմաստիճաններում C-ի լուծելիությունը Si հալույթում տատանվում է 1 ատ.%-ից մինչև 13 ատ.%: Աճի շարժիչ ուժը C-ի գերհագեցածությունն է, որը գերակշռում են ջերմաստիճանային գրադիենտը և լուծույթային համակարգը: Որքան բարձր է C-ի գերհագեցածությունը, այնքան արագ է աճի տեմպը, մինչդեռ ցածր C գերհագեցածությունը ստեղծում է հարթ մակերես [22, 36-38]:
Նկ. 4: Si-C երկուական ֆազային դիագրամ [40]
Անցումային մետաղների կամ հազվագյուտ հողային տարրերի լեգիրումը ոչ միայն արդյունավետորեն իջեցնում է աճի ջերմաստիճանը, այլև, կարծես, միակ միջոցն է Si հալույթում ածխածնի լուծելիությունը կտրուկ բարելավելու համար: Անցումային խմբի մետաղների, ինչպիսիք են Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80] և այլն, կամ հազվագյուտ հողային մետաղների, ինչպիսիք են Ce [81], Y [82], Sc և այլն, ավելացումը Si հալույթին թույլ է տալիս, որ ածխածնի լուծելիությունը գերազանցի 50 ատ.%-ը թերմոդինամիկ հավասարակշռությանը մոտ վիճակում: Ավելին, LPE տեխնիկան բարենպաստ է SiC-ի P-տիպի լեգիրման համար, որը կարելի է իրականացնել Al-ը համաձուլելով...
լուծիչ [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]: Այնուամենայնիվ, Al-ի ներառումը հանգեցնում է P-տիպի SiC միաբյուրեղների դիմադրության աճի [49, 56]: Բացի N-տիպի աճից ազոտի խառնուրդի ազդեցության տակ,
Լուծույթի աճը սովորաբար տեղի է ունենում իներտ գազի մթնոլորտում: Չնայած հելիումը (He) ավելի թանկ է, քան արգոնը, այն շատ գիտնականների կողմից նախընտրելի է իր ցածր մածուցիկության և ավելի բարձր ջերմահաղորդականության (արգոնի 8 անգամ) շնորհիվ [85]: 4H-SiC-ում միգրացիայի արագությունը և Cr-ի պարունակությունը նման են He և Ar մթնոլորտում, ապացուցված է, որ այս լուծույթում աճը հանգեցնում է ավելի բարձր աճի տեմպի, քան Ar-ի տակ աճը՝ սերմի ավելի մեծ ջերմափոխանակության պատճառով [68]: Նա խոչընդոտում է աճեցված բյուրեղի ներսում դատարկությունների առաջացումը և լուծույթում ինքնաբուխ միջուկագոյացմանը, այդ դեպքում կարելի է ստանալ հարթ մակերեսային ձևաբանություն [86]:
Այս հոդվածում ներկայացվեցին SiC սարքերի մշակումը, կիրառությունները և հատկությունները, ինչպես նաև SiC միաբյուրեղի աճեցման երեք հիմնական մեթոդները: Հաջորդ բաժիններում վերանայվեցին լուծույթում աճեցման ներկայիս մեթոդները և համապատասխան հիմնական պարամետրերը: Վերջապես, առաջարկվեց հեռանկար, որը քննարկում էր SiC միաբյուրեղների զանգվածային աճեցման հետ կապված մարտահրավերները և ապագա աշխատանքները լուծույթի մեթոդով:
Հրապարակման ժամանակը. Հուլիս-01-2024