Kaya sing dituduhake ing Gambar 3, ana telung teknik dominan sing tujuane kanggo nyedhiyakake kristal tunggal SiC kanthi kualitas lan efisiensi sing dhuwur: epitaksi fase cair (LPE), transportasi uap fisik (PVT), lan deposisi uap kimia suhu dhuwur (HTCVD). PVT minangka proses sing wis mapan kanggo ngasilake kristal tunggal SiC, sing akeh digunakake ing produsen wafer utama.
Nanging, kabeh telung proses kasebut cepet berkembang lan inovatif. Durung bisa nemtokake proses endi sing bakal diadopsi sacara wiyar ing mangsa ngarep. Utamane, kristal tunggal SiC berkualitas tinggi sing diasilake dening pertumbuhan larutan kanthi tingkat sing cukup dhuwur wis dilaporake ing taun-taun pungkasan, pertumbuhan massal SiC ing fase cair mbutuhake suhu sing luwih murah tinimbang proses sublimasi utawa deposisi, lan nduduhake kaunggulan ing ngasilake substrat SiC tipe-P (Tabel 3) [33, 34].
Gambar 3: Skema saka telung teknik pertumbuhan kristal tunggal SiC sing dominan: (a) epitaksi fase cair; (b) transportasi uap fisik; (c) deposisi uap kimia suhu dhuwur
Tabel 3: Perbandingan LPE, PVT lan HTCVD kanggo nuwuhake kristal tunggal SiC [33, 34]
Pertumbuhan larutan minangka teknologi standar kanggo nyiapake semikonduktor senyawa [36]. Wiwit taun 1960-an, para peneliti wis nyoba ngembangake kristal ing larutan [37]. Sawise teknologi kasebut dikembangake, supersaturasi permukaan pertumbuhan bisa dikontrol kanthi apik, sing ndadekake metode solusi minangka teknologi sing njanjeni kanggo entuk ingot kristal tunggal sing berkualitas tinggi.
Kanggo tuwuhing larutan kristal tunggal SiC, sumber Si asale saka lelehan Si sing murni banget dene wadhah grafit nduweni fungsi ganda: pemanas lan sumber zat terlarut C. Kristal tunggal SiC luwih cenderung tuwuh ing rasio stoikiometri sing ideal nalika rasio C lan Si cedhak karo 1, sing nuduhake kapadhetan cacat sing luwih murah [28]. Nanging, ing tekanan atmosfer, SiC ora nuduhake titik leleh lan langsung bosok liwat penguapan ing suhu sing ngluwihi sekitar 2.000 °C. Lelehan SiC, miturut pangarepan teoretis, mung bisa dibentuk ing kahanan sing parah sing bisa dideleng saka diagram fase biner Si-C (Gambar 4) sing miturut gradien suhu lan sistem larutan. Sing luwih dhuwur C ing lelehan Si beda-beda saka 1at.% nganti 13at.%. Supersaturasi C sing nyurung, luwih cepet tingkat pertumbuhan, dene gaya C sing kurang saka pertumbuhan yaiku supersaturasi C sing didominasi tekanan 109 Pa lan suhu ing ndhuwur 3.200 °C. Ing suhu antarane 1.400 lan 2.800 °C, kelarutan C ing lelehan Si beda-beda saka 1at.% nganti 13at.%. Daya pendorong pertumbuhan yaiku supersaturasi C sing didominasi dening gradien suhu lan sistem larutan. Semakin dhuwur supersaturasi C, semakin cepet tingkat pertumbuhan, dene supersaturasi C sing endhek ngasilake permukaan sing alus [22, 36-38].
Gambar 4: Diagram fase biner Si-C [40]
Doping unsur logam transisi utawa unsur tanah langka ora mung efektif nyuda suhu pertumbuhan nanging uga katon minangka siji-sijine cara kanggo ningkatake kelarutan karbon kanthi drastis ing leburan Si. Penambahan logam gugus transisi, kayata Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80], lsp. utawa logam tanah langka, kayata Ce [81], Y [82], Sc, lsp. menyang leburan Si ngidini kelarutan karbon ngluwihi 50at.% ing kahanan sing cedhak karo keseimbangan termodinamika. Kajaba iku, teknik LPE luwih disenengi kanggo doping tipe-P saka SiC, sing bisa digayuh kanthi nggabungake Al menyang
pelarut [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Nanging, penggabungan Al nyebabake peningkatan resistivitas kristal tunggal SiC tipe-P [49, 56]. Saliyane pertumbuhan tipe-N ing doping nitrogen,
Pertumbuhan larutan umume kedadeyan ing atmosfer gas inert. Sanajan helium (He) luwih larang tinimbang argon, nanging disenengi dening akeh sarjana amarga viskositas sing luwih murah lan konduktivitas termal sing luwih dhuwur (8 kali argon) [85]. Tingkat migrasi lan kandungan Cr ing 4H-SiC padha ing atmosfer He lan Ar, wis kabukten yen pertumbuhan ing kene nyebabake tingkat pertumbuhan sing luwih dhuwur tinimbang pertumbuhan ing Ar amarga disipasi panas sing luwih gedhe saka wadhah wiji [68]. He ngalangi pembentukan rongga ing njero kristal sing wis thukul lan nukleasi spontan ing larutan, mula, morfologi permukaan sing alus bisa dipikolehi [86].
Makalah iki ngenalake pangembangan, aplikasi, lan sifat piranti SiC, lan telung metode utama kanggo ngembangake kristal tunggal SiC. Ing bagean sabanjure, teknik pertumbuhan solusi saiki lan parameter kunci sing cocog ditinjau. Pungkasan, sawijining prospek diusulake sing mbahas tantangan lan karya ing mangsa ngarep babagan pertumbuhan massal kristal tunggal SiC liwat metode solusi.
Wektu kiriman: 01-Jul-2024