როგორც ნახ. 3-ზეა ნაჩვენები, არსებობს სამი დომინანტური ტექნიკა, რომლებიც მიზნად ისახავს SiC მონოკრისტალის მაღალი ხარისხისა და ეფექტურობის უზრუნველყოფას: თხევადი ფაზის ეპიტაქსია (LPE), ფიზიკური ორთქლის ტრანსპორტირება (PVT) და მაღალტემპერატურულ ქიმიურ ორთქლის დეპონირება (HTCVD). PVT არის კარგად დამკვიდრებული პროცესი SiC მონოკრისტალის წარმოებისთვის, რომელიც ფართოდ გამოიყენება ვაფლის მსხვილი მწარმოებლების მიერ.
თუმცა, სამივე პროცესი სწრაფად ვითარდება და ინოვაციურია. ჯერჯერობით შეუძლებელია იმის თქმა, თუ რომელი პროცესი იქნება ფართოდ გავრცელებული მომავალში. კერძოდ, ბოლო წლებში დაფიქსირდა მაღალი ხარისხის SiC მონოკრისტალი, რომელიც წარმოიქმნება ხსნარში მნიშვნელოვანი ტემპით ზრდით, SiC-ის მასიური ზრდა თხევად ფაზაში მოითხოვს უფრო დაბალ ტემპერატურას, ვიდრე სუბლიმაციის ან დეპონირების პროცესი და ის აჩვენებს შესანიშნავ შედეგს P-ტიპის SiC სუბსტრატების წარმოებაში (ცხრილი 3) [33, 34].
სურ. 3: SiC მონოკრისტალის ზრდის სამი დომინანტური ტექნიკის სქემა: (ა) თხევადი ფაზის ეპიტაქსია; (ბ) ორთქლის ფიზიკური ტრანსპორტირება; (გ) მაღალტემპერატურულ ქიმიურ ორთქლის დეპონირება
ცხრილი 3: LPE, PVT და HTCVD-ის შედარება SiC მონოკრისტალების გასაზრდელად [33, 34]
ხსნარში ზრდა ნაერთი ნახევარგამტარების მომზადების სტანდარტული ტექნოლოგიაა [36]. 1960-იანი წლებიდან მოყოლებული, მკვლევარები ცდილობენ ხსნარში კრისტალის შექმნას [37]. ტექნოლოგიის შემუშავების შემდეგ, ზრდის ზედაპირის ზეგაჯერების კარგად კონტროლირება შესაძლებელია, რაც ხსნარის მეთოდს მაღალი ხარისხის მონოკრისტალური ზოდების მისაღებად პერსპექტიულ ტექნოლოგიად აქცევს.
SiC მონოკრისტალის ხსნარში ზრდისთვის, Si წყარო მომდინარეობს მაღალი სისუფთავის Si დნობიდან, ხოლო გრაფიტის ქვაბი ორმაგ დანიშნულებას ასრულებს: გამათბობელი და C გახსნილი ნივთიერების წყარო. SiC მონოკრისტალები უფრო მეტად იზრდება იდეალური სტოქიომეტრიული თანაფარდობით, როდესაც C-სა და Si-ს თანაფარდობა 1-თან ახლოსაა, რაც მიუთითებს დეფექტების დაბალ სიმკვრივეზე [28]. თუმცა, ატმოსფერული წნევის დროს, SiC არ ავლენს დნობის წერტილს და პირდაპირ იშლება აორთქლების გზით დაახლოებით 2000 °C-ზე მეტი ტემპერატურის დროს. თეორიული მოლოდინების თანახმად, SiC დნობები შეიძლება წარმოიქმნას მხოლოდ მძიმე პირობებში, რაც ჩანს Si-C ორობითი ფაზური დიაგრამიდან (ნახ. 4), ტემპერატურის გრადიენტისა და ხსნარის სისტემის მიხედვით. რაც უფრო მაღალია C-ის შემცველობა Si დნობაში, მერყეობს 1 ატ.%-დან 13 ატ.%-მდე. რაც უფრო მაღალია C ზეგაჯერების მამოძრავებელი ძალა, მით უფრო სწრაფია ზრდის ტემპი, ხოლო ზრდის დაბალი C ძალა არის C ზეგაჯერების ძალა, რომელიც დომინირებს 109 Pa წნევაზე და 3200 °C-ზე მაღალ ტემპერატურაზე. მისი გადაჯერება გლუვ ზედაპირს წარმოქმნის [22, 36-38]. 1400-დან 2800°C-მდე ტემპერატურაზე, C-ის ხსნადობა Si-ის დნმში მერყეობს 1 ატ.%-დან 13 ატ.%-მდე. ზრდის მამოძრავებელი ძალაა C-ის გადაჯერება, რომელზეც დომინირებს ტემპერატურის გრადიენტი და ხსნარის სისტემა. რაც უფრო მაღალია C-ის გადაჯერება, მით უფრო სწრაფია ზრდის ტემპი, ხოლო დაბალი C-ის გადაჯერება გლუვ ზედაპირს წარმოქმნის [22, 36-38].
სურ. 4: Si-C ორობითი ფაზური დიაგრამა [40]
გარდამავალი ლითონების ელემენტების ან იშვიათმიწა ელემენტების დოპირება არა მხოლოდ ეფექტურად ამცირებს ზრდის ტემპერატურას, არამედ, როგორც ჩანს, ერთადერთი გზაა Si დნობაში ნახშირბადის ხსნადობის მკვეთრად გასაუმჯობესებლად. გარდამავალი ჯგუფის ლითონების, როგორიცაა Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80] და ა.შ. ან იშვიათმიწა ლითონების, როგორიცაა Ce [81], Y [82], Sc და ა.შ. დამატება Si დნობაში საშუალებას იძლევა ნახშირბადის ხსნადობამ გადააჭარბოს 50 ატ.%-ს თერმოდინამიკურ წონასწორობასთან ახლოს მდებარე მდგომარეობაში. გარდა ამისა, LPE ტექნიკა ხელსაყრელია SiC-ის P-ტიპის დოპირებისთვის, რაც შეიძლება მიღწეული იქნას Al-ის შენადნობში შეერთებით.
გამხსნელი [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. თუმცა, Al-ის შეყვანა იწვევს P-ტიპის SiC მონოკრისტალების წინაღობის ზრდას [49, 56]. აზოტით დოპირების ქვეშ N-ტიპის ზრდის გარდა,
ხსნარის ზრდა, როგორც წესი, ინერტული აირის ატმოსფეროში მიმდინარეობს. მიუხედავად იმისა, რომ ჰელიუმი (He) არგონზე უფრო ძვირია, ბევრი მეცნიერი მას უპირატესობას ანიჭებს მისი დაბალი სიბლანტისა და მაღალი თბოგამტარობის (არგონზე 8-ჯერ მეტი) გამო [85]. 4H-SiC-ში მიგრაციის სიჩქარე და Cr-ის შემცველობა He და Ar ატმოსფეროში მსგავსია, დადასტურებულია, რომ ამ ატმოსფეროში ზრდა იწვევს უფრო მაღალ ზრდის ტემპს, ვიდრე Ar-ის ქვეშ ზრდას, თესლის დამჭერის უფრო დიდი სითბოს გაფრქვევის გამო [68]. ის ხელს უშლის სიცარიელის წარმოქმნას გაზრდილი კრისტალის შიგნით და სპონტანურ ბირთვების წარმოქმნას ხსნარში, ამ შემთხვევაში შესაძლებელია გლუვი ზედაპირის მორფოლოგიის მიღება [86].
ამ ნაშრომში წარმოდგენილი იყო SiC მოწყობილობების შემუშავება, გამოყენება და თვისებები, ასევე SiC მონოკრისტალის მოყვანის სამი ძირითადი მეთოდი. შემდეგ ნაწილებში განხილული იყო ხსნარში ზრდის მიმდინარე ტექნიკა და შესაბამისი ძირითადი პარამეტრები. და ბოლოს, შემოთავაზებული იყო პერსპექტივა, რომელიც განიხილავდა SiC მონოკრისტალების მასობრივ ზრდასთან დაკავშირებულ გამოწვევებსა და სამომავლო სამუშაოებს ხსნარის მეთოდით.
გამოქვეყნების დრო: 2024 წლის 1 ივლისი