SiC ಸ್ಫಟಿಕ ಬೆಳವಣಿಗೆಗೆ ಮೂರು ಪ್ರಮುಖ ತಂತ್ರಗಳು

ಚಿತ್ರ 3 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ, SiC ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕಕ್ಕೆ ಉತ್ತಮ ಗುಣಮಟ್ಟ ಮತ್ತು ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಒದಗಿಸುವ ಗುರಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಮೂರು ಪ್ರಮುಖ ತಂತ್ರಗಳಿವೆ: ದ್ರವ ಹಂತದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ (LPE), ಭೌತಿಕ ಆವಿ ಸಾಗಣೆ (PVT), ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ-ತಾಪಮಾನದ ರಾಸಾಯನಿಕ ಆವಿ ಶೇಖರಣೆ (HTCVD). PVT ಎಂಬುದು SiC ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು ಸುಸ್ಥಾಪಿತ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಾಗಿದ್ದು, ಇದನ್ನು ಪ್ರಮುಖ ವೇಫರ್ ತಯಾರಕರಲ್ಲಿ ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಆದಾಗ್ಯೂ, ಎಲ್ಲಾ ಮೂರು ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು ವೇಗವಾಗಿ ವಿಕಸನಗೊಳ್ಳುತ್ತಿವೆ ಮತ್ತು ನವೀನವಾಗುತ್ತಿವೆ. ಭವಿಷ್ಯದಲ್ಲಿ ಯಾವ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ಅಳವಡಿಸಿಕೊಳ್ಳಲಾಗುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಇನ್ನೂ ಖಚಿತವಾಗಿ ಹೇಳಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ. ವಿಶೇಷವಾಗಿ, ಇತ್ತೀಚಿನ ವರ್ಷಗಳಲ್ಲಿ ದ್ರಾವಣ ಬೆಳವಣಿಗೆಯಿಂದ ಗಣನೀಯ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಉತ್ತಮ-ಗುಣಮಟ್ಟದ SiC ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕ ವರದಿಯಾಗಿದೆ, ದ್ರವ ಹಂತದಲ್ಲಿ SiC ಬೃಹತ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಗೆ ಉತ್ಪತನ ಅಥವಾ ಶೇಖರಣಾ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದ ಅಗತ್ಯವಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಇದು P- ಪ್ರಕಾರದ SiC ತಲಾಧಾರಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುವಲ್ಲಿ ಶ್ರೇಷ್ಠತೆಯನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತದೆ (ಕೋಷ್ಟಕ 3) [33, 34].

ಚಿತ್ರ 3: ಮೂರು ಪ್ರಬಲ SiC ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ತಂತ್ರಗಳ ರೇಖಾಚಿತ್ರ: (ಎ) ದ್ರವ ಹಂತದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ; (ಬಿ) ಭೌತಿಕ ಆವಿ ಸಾಗಣೆ; (ಸಿ) ಅಧಿಕ-ತಾಪಮಾನದ ರಾಸಾಯನಿಕ ಆವಿ ಶೇಖರಣೆ

ಕೋಷ್ಟಕ 3: ಬೆಳೆಯುತ್ತಿರುವ SiC ಏಕ ಹರಳುಗಳಿಗೆ LPE, PVT ಮತ್ತು HTCVD ಗಳ ಹೋಲಿಕೆ [33, 34]

ದ್ರಾವಣದ ಬೆಳವಣಿಗೆ ಸಂಯುಕ್ತ ಅರೆವಾಹಕಗಳನ್ನು ತಯಾರಿಸಲು ಒಂದು ಪ್ರಮಾಣಿತ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವಾಗಿದೆ [36]. 1960 ರ ದಶಕದಿಂದಲೂ, ಸಂಶೋಧಕರು ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿ ಸ್ಫಟಿಕವನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಲು ಪ್ರಯತ್ನಿಸಿದ್ದಾರೆ [37]. ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಿದ ನಂತರ, ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಮೇಲ್ಮೈಯ ಸೂಪರ್‌ಸ್ಯಾಚುರೇಶನ್ ಅನ್ನು ಚೆನ್ನಾಗಿ ನಿಯಂತ್ರಿಸಬಹುದು, ಇದು ಪರಿಹಾರ ವಿಧಾನವನ್ನು ಉತ್ತಮ-ಗುಣಮಟ್ಟದ ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕ ಇಂಗುಗಳನ್ನು ಪಡೆಯಲು ಭರವಸೆಯ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವನ್ನಾಗಿ ಮಾಡುತ್ತದೆ.

SiC ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕದ ದ್ರಾವಣ ಬೆಳವಣಿಗೆಗೆ, Si ಮೂಲವು ಹೆಚ್ಚು ಶುದ್ಧವಾದ Si ಕರಗುವಿಕೆಯಿಂದ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಗ್ರ್ಯಾಫೈಟ್ ಕ್ರೂಸಿಬಲ್ ದ್ವಿ ಉದ್ದೇಶಗಳನ್ನು ಪೂರೈಸುತ್ತದೆ: ಹೀಟರ್ ಮತ್ತು C ದ್ರಾವಕ ಮೂಲ. C ಮತ್ತು Si ಅನುಪಾತವು 1 ಕ್ಕೆ ಹತ್ತಿರದಲ್ಲಿದ್ದಾಗ SiC ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕಗಳು ಆದರ್ಶ ಸ್ಟೊಚಿಯೊಮೆಟ್ರಿಕ್ ಅನುಪಾತದ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ ಬೆಳೆಯುವ ಸಾಧ್ಯತೆ ಹೆಚ್ಚು, ಇದು ಕಡಿಮೆ ದೋಷ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ [28]. ಆದಾಗ್ಯೂ, ವಾತಾವರಣದ ಒತ್ತಡದಲ್ಲಿ, SiC ಯಾವುದೇ ಕರಗುವ ಬಿಂದುವನ್ನು ತೋರಿಸುವುದಿಲ್ಲ ಮತ್ತು ಸುಮಾರು 2,000 °C ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಆವಿಯಾಗುವಿಕೆಯ ಮೂಲಕ ನೇರವಾಗಿ ಕೊಳೆಯುತ್ತದೆ. ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ನಿರೀಕ್ಷೆಗಳ ಪ್ರಕಾರ SiC ಕರಗುತ್ತದೆ, ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ನಿರೀಕ್ಷೆಗಳ ಪ್ರಕಾರ, ತೀವ್ರ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ ಮಾತ್ರ ರೂಪುಗೊಳ್ಳಬಹುದು ಎಂದು Si-C ಬೈನರಿ ಹಂತದ ರೇಖಾಚಿತ್ರದಿಂದ (ಚಿತ್ರ 4) ಕಂಡುಬರುತ್ತದೆ, ಇದು ತಾಪಮಾನದ ಗ್ರೇಡಿಯಂಟ್ ಮತ್ತು ದ್ರಾವಣ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಿಂದ ಕಂಡುಬರುತ್ತದೆ. Si ಕರಗುವಿಕೆಯಲ್ಲಿ C ಹೆಚ್ಚಾದಷ್ಟೂ 1at.% ರಿಂದ 13at.% ವರೆಗೆ ಬದಲಾಗುತ್ತದೆ. ಚಾಲನಾ C ಸೂಪರ್‌ಸ್ಯಾಚುರೇಶನ್, ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ದರವು ವೇಗವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಕಡಿಮೆ C ಬಲವು C ಸೂಪರ್‌ಸ್ಯಾಚುರೇಶನ್ ಆಗಿದೆ, ಇದು 109 Pa ಒತ್ತಡ ಮತ್ತು 3,200 °C ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಇದು ಸೂಪರ್‌ಸ್ಯಾಚುರೇಶನ್ ನಯವಾದ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ [22, 36-38]. 1,400 ಮತ್ತು 2,800 °C ನಡುವಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ, Si ಕರಗುವಿಕೆಯಲ್ಲಿ C ನ ಕರಗುವಿಕೆಯು 1at.% ರಿಂದ 13at.% ವರೆಗೆ ಬದಲಾಗುತ್ತದೆ. ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಚಾಲನಾ ಶಕ್ತಿ C ಸೂಪರ್‌ಸ್ಯಾಚುರೇಶನ್ ಆಗಿದ್ದು, ಇದು ತಾಪಮಾನದ ಗ್ರೇಡಿಯಂಟ್ ಮತ್ತು ದ್ರಾವಣ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಿಂದ ಪ್ರಾಬಲ್ಯ ಹೊಂದಿದೆ. C ಸೂಪರ್‌ಸ್ಯಾಚುರೇಶನ್ ಹೆಚ್ಚಾದಷ್ಟೂ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ದರವು ವೇಗವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಕಡಿಮೆ C ಸೂಪರ್‌ಸ್ಯಾಚುರೇಶನ್ ನಯವಾದ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ [22, 36-38].

ಚಿತ್ರ 4: Si-C ಬೈನರಿ ಹಂತದ ರೇಖಾಚಿತ್ರ [40]

ಪರಿವರ್ತನಾ ಲೋಹದ ಅಂಶಗಳು ಅಥವಾ ಅಪರೂಪದ-ಭೂಮಿಯ ಅಂಶಗಳನ್ನು ಡೋಪಿಂಗ್ ಮಾಡುವುದರಿಂದ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದಲ್ಲದೆ, Si ಕರಗುವಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಇಂಗಾಲದ ಕರಗುವಿಕೆಯನ್ನು ತೀವ್ರವಾಗಿ ಸುಧಾರಿಸುವ ಏಕೈಕ ಮಾರ್ಗವೆಂದು ತೋರುತ್ತದೆ. Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80], ಇತ್ಯಾದಿ ಪರಿವರ್ತನಾ ಗುಂಪು ಲೋಹಗಳನ್ನು ಅಥವಾ Ce [81], Y [82], Sc, ಇತ್ಯಾದಿ ಅಪರೂಪದ ಭೂಮಿಯ ಲೋಹಗಳನ್ನು Si ಕರಗುವಿಕೆಗೆ ಸೇರಿಸುವುದರಿಂದ ಥರ್ಮೋಡೈನಮಿಕ್ ಸಮತೋಲನಕ್ಕೆ ಹತ್ತಿರವಿರುವ ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ ಇಂಗಾಲದ ಕರಗುವಿಕೆ 50at.% ಮೀರಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ. ಇದಲ್ಲದೆ, LPE ತಂತ್ರವು SiC ಯ P- ಪ್ರಕಾರದ ಡೋಪಿಂಗ್‌ಗೆ ಅನುಕೂಲಕರವಾಗಿದೆ, ಇದನ್ನು Al ಅನ್ನು ಮಿಶ್ರಲೋಹ ಮಾಡುವ ಮೂಲಕ ಸಾಧಿಸಬಹುದು.
ದ್ರಾವಕ [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. ಆದಾಗ್ಯೂ, Al ನ ಸಂಯೋಜನೆಯು P-ಟೈಪ್ SiC ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕಗಳ ಪ್ರತಿರೋಧಕತೆಯ ಹೆಚ್ಚಳಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ [49, 56]. ಸಾರಜನಕ ಡೋಪಿಂಗ್ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ N-ಟೈಪ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಜೊತೆಗೆ,

ದ್ರಾವಣದ ಬೆಳವಣಿಗೆ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಜಡ ಅನಿಲ ವಾತಾವರಣದಲ್ಲಿ ಮುಂದುವರಿಯುತ್ತದೆ. ಹೀಲಿಯಂ (He) ಆರ್ಗಾನ್‌ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ದುಬಾರಿಯಾಗಿದ್ದರೂ, ಅದರ ಕಡಿಮೆ ಸ್ನಿಗ್ಧತೆ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ಉಷ್ಣ ವಾಹಕತೆ (ಆರ್ಗಾನ್‌ನ 8 ಪಟ್ಟು) [85] ಕಾರಣದಿಂದಾಗಿ ಅನೇಕ ವಿದ್ವಾಂಸರು ಇದನ್ನು ಬೆಂಬಲಿಸುತ್ತಾರೆ. 4H-SiC ಯಲ್ಲಿ ವಲಸೆ ದರ ಮತ್ತು Cr ಅಂಶವು He ಮತ್ತು Ar ವಾತಾವರಣದಲ್ಲಿ ಹೋಲುತ್ತದೆ, ಬೀಜ ಧಾರಕದ ದೊಡ್ಡ ಶಾಖದ ಹರಡುವಿಕೆಯಿಂದಾಗಿ Ar ಅಡಿಯಲ್ಲಿ ಬೆಳವಣಿಗೆಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ದರದಲ್ಲಿ ಹೆರೆಸಲ್ಯೂಷನ್‌ಗಳ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ ಬೆಳವಣಿಗೆ ಕಂಡುಬರುತ್ತದೆ ಎಂದು ಸಾಬೀತಾಗಿದೆ [68]. ಇದು ಬೆಳೆದ ಸ್ಫಟಿಕದೊಳಗಿನ ಶೂನ್ಯಗಳ ರಚನೆ ಮತ್ತು ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿ ಸ್ವಯಂಪ್ರೇರಿತ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯೇಶನ್ ಅನ್ನು ತಡೆಯುತ್ತದೆ, ನಂತರ, ನಯವಾದ ಮೇಲ್ಮೈ ರೂಪವಿಜ್ಞಾನವನ್ನು ಪಡೆಯಬಹುದು [86].

ಈ ಪ್ರಬಂಧವು SiC ಸಾಧನಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿ, ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳು ಮತ್ತು ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಮತ್ತು SiC ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕವನ್ನು ಬೆಳೆಸುವ ಮೂರು ಪ್ರಮುಖ ವಿಧಾನಗಳನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸಿತು. ಮುಂದಿನ ವಿಭಾಗಗಳಲ್ಲಿ, ಪ್ರಸ್ತುತ ಪರಿಹಾರ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ತಂತ್ರಗಳು ಮತ್ತು ಅನುಗುಣವಾದ ಪ್ರಮುಖ ನಿಯತಾಂಕಗಳನ್ನು ಪರಿಶೀಲಿಸಲಾಯಿತು. ಅಂತಿಮವಾಗಿ, ಪರಿಹಾರ ವಿಧಾನದ ಮೂಲಕ SiC ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕಗಳ ಬೃಹತ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದ ಸವಾಲುಗಳು ಮತ್ತು ಭವಿಷ್ಯದ ಕೆಲಸಗಳನ್ನು ಚರ್ಚಿಸುವ ಒಂದು ದೃಷ್ಟಿಕೋನವನ್ನು ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಲಾಯಿತು.