SiC ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕದ ಬೆಳವಣಿಗೆ

ಇದರ ಆವಿಷ್ಕಾರದ ನಂತರ, ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ವ್ಯಾಪಕ ಗಮನ ಸೆಳೆದಿದೆ. ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಅರ್ಧ Si ಪರಮಾಣುಗಳು ಮತ್ತು ಅರ್ಧ C ಪರಮಾಣುಗಳಿಂದ ಕೂಡಿದ್ದು, ಇವು sp3 ಹೈಬ್ರಿಡ್ ಕಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ಹಂಚಿಕೊಳ್ಳುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಜೋಡಿಗಳ ಮೂಲಕ ಕೋವೆಲನ್ಸಿಯ ಬಂಧಗಳಿಂದ ಸಂಪರ್ಕ ಹೊಂದಿವೆ. ಇದರ ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕದ ಮೂಲ ರಚನಾತ್ಮಕ ಘಟಕದಲ್ಲಿ, ನಾಲ್ಕು Si ಪರಮಾಣುಗಳು ನಿಯಮಿತ ಟೆಟ್ರಾಹೆಡ್ರಲ್ ರಚನೆಯಲ್ಲಿ ಜೋಡಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿರುತ್ತವೆ ಮತ್ತು C ಪರಮಾಣು ನಿಯಮಿತ ಟೆಟ್ರಾಹೆಡ್ರನ್‌ನ ಮಧ್ಯಭಾಗದಲ್ಲಿದೆ. ಇದಕ್ಕೆ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿ, Si ಪರಮಾಣುವನ್ನು ಟೆಟ್ರಾಹೆಡ್ರನ್‌ನ ಕೇಂದ್ರವೆಂದು ಪರಿಗಣಿಸಬಹುದು, ಇದರಿಂದಾಗಿ SiC4 ಅಥವಾ CSi4 ರೂಪುಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಟೆಟ್ರಾಹೆಡ್ರಲ್ ರಚನೆ. SiC ಯಲ್ಲಿನ ಕೋವೆಲನ್ಸಿಯ ಬಂಧವು ಹೆಚ್ಚು ಅಯಾನಿಕ್ ಆಗಿದೆ, ಮತ್ತು ಸಿಲಿಕಾನ್-ಕಾರ್ಬನ್ ಬಂಧದ ಶಕ್ತಿಯು ತುಂಬಾ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಸುಮಾರು 4.47eV. ಕಡಿಮೆ ಪೇರಿಸುವಿಕೆಯ ದೋಷ ಶಕ್ತಿಯಿಂದಾಗಿ, ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಹರಳುಗಳು ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ಸುಲಭವಾಗಿ ವಿವಿಧ ಪಾಲಿಟೈಪ್‌ಗಳನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತವೆ. 200 ಕ್ಕೂ ಹೆಚ್ಚು ತಿಳಿದಿರುವ ಪಾಲಿಟೈಪ್‌ಗಳಿವೆ, ಇವುಗಳನ್ನು ಮೂರು ಪ್ರಮುಖ ವರ್ಗಗಳಾಗಿ ವಿಂಗಡಿಸಬಹುದು: ಘನ, ಷಡ್ಭುಜೀಯ ಮತ್ತು ತ್ರಿಕೋನೀಯ.

ಪ್ರಸ್ತುತ, SiC ಸ್ಫಟಿಕಗಳ ಮುಖ್ಯ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ವಿಧಾನಗಳಲ್ಲಿ ಭೌತಿಕ ಆವಿ ಸಾಗಣೆ ವಿಧಾನ (PVT ವಿಧಾನ), ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದ ರಾಸಾಯನಿಕ ಆವಿ ಶೇಖರಣೆ (HTCVD ವಿಧಾನ), ದ್ರವ ಹಂತದ ವಿಧಾನ, ಇತ್ಯಾದಿ ಸೇರಿವೆ. ಅವುಗಳಲ್ಲಿ, PVT ವಿಧಾನವು ಹೆಚ್ಚು ಪ್ರಬುದ್ಧವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಕೈಗಾರಿಕಾ ಸಾಮೂಹಿಕ ಉತ್ಪಾದನೆಗೆ ಹೆಚ್ಚು ಸೂಕ್ತವಾಗಿದೆ.

PVT ವಿಧಾನ ಎಂದು ಕರೆಯಲ್ಪಡುವ ವಿಧಾನವು ಕ್ರೂಸಿಬಲ್‌ನ ಮೇಲ್ಭಾಗದಲ್ಲಿ SiC ಬೀಜದ ಹರಳುಗಳನ್ನು ಇಡುವುದು ಮತ್ತು ಕ್ರೂಸಿಬಲ್‌ನ ಕೆಳಭಾಗದಲ್ಲಿ ಕಚ್ಚಾ ವಸ್ತುವಾಗಿ SiC ಪುಡಿಯನ್ನು ಇಡುವುದನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ಒತ್ತಡದ ಮುಚ್ಚಿದ ವಾತಾವರಣದಲ್ಲಿ, ತಾಪಮಾನದ ಇಳಿಜಾರು ಮತ್ತು ಸಾಂದ್ರತೆಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸದ ಕ್ರಿಯೆಯ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ SiC ಪುಡಿ ಉತ್ಪತನಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಮೇಲಕ್ಕೆ ಚಲಿಸುತ್ತದೆ. ಬೀಜದ ಸ್ಫಟಿಕದ ಸಮೀಪಕ್ಕೆ ಅದನ್ನು ಸಾಗಿಸುವ ಮತ್ತು ನಂತರ ಅತಿಸ್ಯಾಚುರೇಟೆಡ್ ಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ತಲುಪಿದ ನಂತರ ಅದನ್ನು ಮರುಸ್ಫಟಿಕೀಕರಿಸುವ ವಿಧಾನ. ಈ ವಿಧಾನವು SiC ಸ್ಫಟಿಕ ಗಾತ್ರ ಮತ್ತು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಸ್ಫಟಿಕ ರೂಪಗಳ ನಿಯಂತ್ರಿಸಬಹುದಾದ ಬೆಳವಣಿಗೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಬಹುದು. ​
ಆದಾಗ್ಯೂ, SiC ಸ್ಫಟಿಕಗಳನ್ನು ಬೆಳೆಯಲು PVT ವಿಧಾನವನ್ನು ಬಳಸುವುದರಿಂದ ದೀರ್ಘಾವಧಿಯ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ಯಾವಾಗಲೂ ಸೂಕ್ತವಾದ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ, ಇಲ್ಲದಿದ್ದರೆ ಅದು ಜಾಲರಿ ಅಸ್ವಸ್ಥತೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ, ಹೀಗಾಗಿ ಸ್ಫಟಿಕದ ಗುಣಮಟ್ಟದ ಮೇಲೆ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, SiC ಸ್ಫಟಿಕಗಳ ಬೆಳವಣಿಗೆ ಮುಚ್ಚಿದ ಜಾಗದಲ್ಲಿ ಪೂರ್ಣಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಕೆಲವು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ ಮೇಲ್ವಿಚಾರಣಾ ವಿಧಾನಗಳು ಮತ್ತು ಅನೇಕ ಅಸ್ಥಿರಗಳಿವೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ ನಿಯಂತ್ರಣ ಕಷ್ಟ.

PVT ವಿಧಾನದ ಮೂಲಕ SiC ಸ್ಫಟಿಕಗಳನ್ನು ಬೆಳೆಸುವ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ, ಹಂತ ಹರಿವಿನ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಮೋಡ್ (ಸ್ಟೆಪ್ ಫ್ಲೋ ಗ್ರೋತ್) ಅನ್ನು ಒಂದೇ ಸ್ಫಟಿಕ ರೂಪದ ಸ್ಥಿರ ಬೆಳವಣಿಗೆಗೆ ಮುಖ್ಯ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನವೆಂದು ಪರಿಗಣಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.
ಆವಿಯಾದ Si ಪರಮಾಣುಗಳು ಮತ್ತು C ಪರಮಾಣುಗಳು ಕಿಂಕ್ ಪಾಯಿಂಟ್‌ನಲ್ಲಿ ಸ್ಫಟಿಕ ಮೇಲ್ಮೈ ಪರಮಾಣುಗಳೊಂದಿಗೆ ಆದ್ಯತೆಯಾಗಿ ಬಂಧಿಸುತ್ತವೆ, ಅಲ್ಲಿ ಅವು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯೇಟೆಡ್ ಆಗುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಬೆಳೆಯುತ್ತವೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಹಂತವು ಸಮಾನಾಂತರವಾಗಿ ಮುಂದಕ್ಕೆ ಹರಿಯುತ್ತದೆ. ಸ್ಫಟಿಕ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿನ ಹಂತದ ಅಗಲವು ಅಡಾಟಮ್‌ಗಳ ಪ್ರಸರಣ ಮುಕ್ತ ಮಾರ್ಗವನ್ನು ಮೀರಿದಾಗ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಂಖ್ಯೆಯ ಅಡಾಟಮ್‌ಗಳು ಒಟ್ಟುಗೂಡಿಸಬಹುದು ಮತ್ತು ರೂಪುಗೊಂಡ ಎರಡು ಆಯಾಮದ ದ್ವೀಪದಂತಹ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಮೋಡ್ ಹಂತದ ಹರಿವಿನ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಮೋಡ್ ಅನ್ನು ನಾಶಪಡಿಸುತ್ತದೆ, ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ 4H ಸ್ಫಟಿಕ ರಚನೆಯ ಮಾಹಿತಿಯ ನಷ್ಟವಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಬಹು ದೋಷಗಳಿಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ನಿಯತಾಂಕಗಳ ಹೊಂದಾಣಿಕೆಯು ಮೇಲ್ಮೈ ಹಂತದ ರಚನೆಯ ನಿಯಂತ್ರಣವನ್ನು ಸಾಧಿಸಬೇಕು, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಬಹುರೂಪಿ ದೋಷಗಳ ಉತ್ಪಾದನೆಯನ್ನು ನಿಗ್ರಹಿಸಬೇಕು, ಒಂದೇ ಸ್ಫಟಿಕ ರೂಪವನ್ನು ಪಡೆಯುವ ಉದ್ದೇಶವನ್ನು ಸಾಧಿಸಬೇಕು ಮತ್ತು ಅಂತಿಮವಾಗಿ ಉತ್ತಮ-ಗುಣಮಟ್ಟದ ಸ್ಫಟಿಕಗಳನ್ನು ಸಿದ್ಧಪಡಿಸಬೇಕು.

SiC ಸ್ಫಟಿಕ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಆರಂಭಿಕ ವಿಧಾನವಾಗಿ, ಭೌತಿಕ ಆವಿ ಸಾಗಣೆ ವಿಧಾನವು ಪ್ರಸ್ತುತ SiC ಸ್ಫಟಿಕಗಳನ್ನು ಬೆಳೆಯಲು ಅತ್ಯಂತ ಮುಖ್ಯವಾಹಿನಿಯ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ವಿಧಾನವಾಗಿದೆ. ಇತರ ವಿಧಾನಗಳೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, ಈ ವಿಧಾನವು ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಉಪಕರಣಗಳಿಗೆ ಕಡಿಮೆ ಅವಶ್ಯಕತೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ, ಸರಳ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ, ಬಲವಾದ ನಿಯಂತ್ರಣ, ತುಲನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಸಂಪೂರ್ಣ ಅಭಿವೃದ್ಧಿ ಸಂಶೋಧನೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಮತ್ತು ಈಗಾಗಲೇ ಕೈಗಾರಿಕಾ ಅನ್ವಯವನ್ನು ಸಾಧಿಸಿದೆ. HTCVD ವಿಧಾನದ ಪ್ರಯೋಜನವೆಂದರೆ ಅದು ವಾಹಕ (n, p) ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ಶುದ್ಧತೆಯ ಅರೆ-ನಿರೋಧಕ ವೇಫರ್‌ಗಳನ್ನು ಬೆಳೆಯಬಹುದು ಮತ್ತು ಡೋಪಿಂಗ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸಬಹುದು ಇದರಿಂದ ವೇಫರ್‌ನಲ್ಲಿನ ವಾಹಕ ಸಾಂದ್ರತೆಯು 3×1013~5×1019/cm3 ನಡುವೆ ಹೊಂದಾಣಿಕೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ಅನಾನುಕೂಲಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಂತ್ರಿಕ ಮಿತಿ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ಮಾರುಕಟ್ಟೆ ಪಾಲು. ದ್ರವ-ಹಂತದ SiC ಸ್ಫಟಿಕ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ಪ್ರಬುದ್ಧವಾಗುತ್ತಲೇ ಇರುವುದರಿಂದ, ಇದು ಭವಿಷ್ಯದಲ್ಲಿ ಸಂಪೂರ್ಣ SiC ಉದ್ಯಮವನ್ನು ಮುನ್ನಡೆಸುವಲ್ಲಿ ಉತ್ತಮ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು SiC ಸ್ಫಟಿಕ ಬೆಳವಣಿಗೆಯಲ್ಲಿ ಹೊಸ ಪ್ರಗತಿಯ ಹಂತವಾಗುವ ಸಾಧ್ಯತೆಯಿದೆ.