3-суретте көрсетілгендей, SiC монокристаллын жоғары сапа мен тиімділікпен қамтамасыз етуге бағытталған үш басым әдіс бар: сұйық фазалы эпитакси (LPE), физикалық бу тасымалдау (PVT) және жоғары температуралы химиялық бу тұндыру (HTCVD). PVT - ірі пластина өндірушілерінде кеңінен қолданылатын SiC монокристаллын алудың жақсы дамыған процесі.
Дегенмен, үш процестің барлығы тез дамып, инновациялануда. Болашақта қай процестің кеңінен қолданылатынын әлі болжау мүмкін емес. Атап айтқанда, соңғы жылдары ерітіндінің айтарлықтай жылдамдықпен өсуі арқылы алынған жоғары сапалы SiC монокристаллы туралы хабарланды, сұйық фазада SiC көлемдік өсуі сублимация немесе тұндыру процесіне қарағанда төмен температураны қажет етеді және ол P-типті SiC субстраттарын өндіруде тамаша нәтиже көрсетеді (3-кесте) [33, 34].
3-сурет: SiC монокристаллдарының үш басым өсу әдісінің схемасы: (a) сұйық фазалық эпитаксия; (b) физикалық бу тасымалдау; (c) жоғары температуралы химиялық бу тұндыру.
3-кесте: SiC монокристалдарын өсіруге арналған LPE, PVT және HTCVD салыстыруы [33, 34]
Ерітіндіні өсіру қосылыс жартылай өткізгіштерін дайындаудың стандартты технологиясы болып табылады [36]. 1960 жылдардан бастап зерттеушілер ерітіндідегі кристалды жасауға тырысты [37]. Технология жасалғаннан кейін, өсу бетінің асқын қанығуын жақсы басқаруға болады, бұл ерітінді әдісін жоғары сапалы монокристалды құймаларды алудың перспективалы технологиясына айналдырады.
SiC монокристалының ерітіндісінің өсуі үшін Si көзі өте таза Si балқымасынан алынады, ал графит тигелі екі мақсатқа қызмет етеді: қыздырғыш және C еріген зат көзі. SiC монокристалдарының C және Si қатынасы 1-ге жақын болған кезде идеалды стехиометриялық қатынаста өсуі ықтималдығы жоғары, бұл ақау тығыздығының төмен екенін көрсетеді [28]. Дегенмен, атмосфералық қысымда SiC балқу температурасын көрсетпейді және шамамен 2000 °C-тан асатын температурада булану арқылы тікелей ыдырайды. Теориялық болжамдарға сәйкес, SiC балқымалары тек Si-C екілік фазалық диаграммасынан (4-сурет) температура градиенті мен ерітінді жүйесі арқылы ғана түзілуі мүмкін. Si балқымасындағы C неғұрлым жоғары болса, 1at.% -дан 13at.% -ға дейін өзгереді. C аса қанығуы неғұрлым жоғары болса, өсу жылдамдығы соғұрлым жылдам болады, ал өсудің төмен C күші - 109 Па қысымы мен 3200 °C-тан жоғары температура басым болатын C аса қанығуы. Ол аса қаныққан кезде тегіс бет пайда болуы мүмкін [22, 36-38]. Температурасы 1400 және 2800 °C аралығында, Si балқымасындағы С ерігіштігі 1ат.%-дан 13ат.%-ға дейін өзгереді. Өсудің қозғаушы күші - температура градиенті мен ерітінді жүйесі басым болатын С аса қаныққандығы. С аса қаныққандығы неғұрлым жоғары болса, өсу жылдамдығы соғұрлым жылдам болады, ал С аса қаныққандығы төмен болса, тегіс бет пайда болады [22, 36-38].
4-сурет: Si-C екілік фазалық диаграммасы [40]
Өтпелі металл элементтерін немесе сирек кездесетін жер элементтерін легирлеу өсу температурасын тиімді түрде төмендетіп қана қоймай, сонымен қатар Si балқымасындағы көміртектің ерігіштігін күрт жақсартудың жалғыз жолы болып көрінеді. Si балқымасына Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80] және т.б. сияқты өтпелі топ металдарын немесе Ce [81], Y [82], Sc және т.б. сияқты сирек кездесетін жер металдарын қосу термодинамикалық тепе-теңдікке жақын күйде көміртектің ерігіштігінің 50at.%-дан асуына мүмкіндік береді. Сонымен қатар, LPE әдісі SiC-нің P-типті легирлеуіне қолайлы, оған Al-ді легирлеу арқылы қол жеткізуге болады.
еріткіш [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Дегенмен, Al қосылуы P-типті SiC монокристалдарының кедергісінің артуына әкеледі [49, 56]. Азот қоспасы кезінде N-типті өсуден басқа,
Ерітінді өсуі әдетте инертті газ атмосферасында жүреді. Гелий (He) аргонға қарағанда қымбатырақ болғанымен, көптеген ғалымдар оның тұтқырлығы төмен және жылу өткізгіштігі жоғары болғандықтан (аргонға қарағанда 8 есе) оны қолдайды [85]. 4H-SiC-дегі миграция жылдамдығы және Cr мөлшері He және Ar атмосферасында ұқсас, тұқым ұстағыштың жылу бөлінуінің жоғарылауына байланысты Her астындағы өсу Ar астындағы өсуге қарағанда жоғары өсу қарқынына әкелетіні дәлелденген [68]. He өскен кристалдың ішінде бос орындардың пайда болуына және ерітіндідегі өздігінен ядролануға кедергі келтіреді, содан кейін тегіс беттік морфология алуға болады [86].
Бұл мақалада SiC құрылғыларының дамуы, қолданылуы және қасиеттері, сондай-ақ SiC монокристаллын өсірудің үш негізгі әдісі таныстырылды. Келесі бөлімдерде ерітінді өсірудің қазіргі әдістері және тиісті негізгі параметрлер қарастырылды. Соңында, ерітінді әдісі арқылы SiC монокристалдарының көлемдік өсуіне қатысты қиындықтар мен болашақ жұмыстар талқыланған болжам ұсынылды.
Жарияланған уақыты: 01.07.2024