3-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, SiC монокристаллын жогорку сапатта жана натыйжалуулукта камсыз кылууга багытталган үч негизги ыкма бар: суюк фазадагы эпитакси (LPE), физикалык буу ташуу (PVT) жана жогорку температурадагы химиялык буу чөктүрүү (HTCVD). PVT - бул SiC монокристаллын өндүрүүнүн кеңири таралган процесси, ал ири пластина өндүрүүчүлөрүндө кеңири колдонулат.
Бирок, үч процесс тең тездик менен өнүгүп жана инновацияланып жатат. Келечекте кайсы процесс кеңири колдонулаарын азырынча айтуу мүмкүн эмес. Айрыкча, акыркы жылдары эритменин өсүшү менен бир топ ылдамдыкта өндүрүлгөн жогорку сапаттагы SiC монокристалы жөнүндө кабарлар бар, суюк фазада SiC көлөмдүк өсүшү сублимация же чөктүрүү процессине караганда төмөн температураны талап кылат жана ал P-типтеги SiC субстраттарын өндүрүүдө мыктылыкты көрсөтөт (3-таблица) [33, 34].
3-сүрөт: Үч басымдуу SiC монокристаллдык өстүрүү ыкмаларынын схемасы: (а) суюк фазадагы эпитаксия; (б) физикалык буу ташуу; (в) жогорку температурадагы химиялык буу чөктүрүү.
3-таблица: SiC монокристалдарын өстүрүү үчүн LPE, PVT жана HTCVD салыштыруусу [33, 34]
Эритменин өсүшү кошулма жарым өткөргүчтөрдү даярдоонун стандарттуу технологиясы болуп саналат [36]. 1960-жылдардан бери изилдөөчүлөр эритмедеги кристаллды иштеп чыгууга аракет кылып келишет [37]. Технология иштелип чыккандан кийин, өсүү бетинин ашыкча каныгуусун жакшы көзөмөлдөөгө болот, бул эритме ыкмасын жогорку сапаттагы монокристалл куймаларын алуу үчүн келечектүү технологияга айлантат.
SiC монокристалынын эритмесинин өсүшү үчүн Si булагы өтө таза Si эритмесинен келип чыгат, ал эми графит тигели эки максатты аткарат: жылыткыч жана C эриген зат булагы. SiC монокристаллдары C жана Si катышы 1ге жакын болгондо идеалдуу стехиометриялык катышта өсүү ыктымалдуулугу жогору, бул кемчилик тыгыздыгынын төмөндүгүн көрсөтөт [28]. Бирок, атмосфералык басымда SiC эрүү температурасын көрсөтпөйт жана 2000 °C жогору температурада буулануу аркылуу түз ажырайт. Теориялык күтүүлөргө ылайык, SiC эритмелери температура градиенти жана эритме системасы аркылуу Si-C экилик фазалык диаграммасынан (4-сүрөт) көрүнүп тургандай, катуу шарттарда гана пайда болушу мүмкүн. Si эритмесиндеги C канчалык жогору болсо, өсүү темпи ошончолук тез болот, ал эми өсүүнүн төмөнкү C күчү - бул 109 Па басым жана 3200 °C жогору температура басымдуулук кылган C ашыкча каныккандыгы. Ал ашыкча каныкканда жылмакай бет пайда болушу мүмкүн [22, 36-38]. 1400 жана 2800 °C ортосундагы температурада, Si эритмесиндеги С эригичтиги 1ат.% дан 13ат.% га чейин өзгөрөт. Өсүүнүн кыймылдаткыч күчү - температура градиенти жана эритме системасы басымдуулук кылган С ашыкча каныкканда. С ашыкча каныкканда канчалык жогору болсо, өсүү ылдамдыгы ошончолук тез болот, ал эми С ашыкча каныкканда төмөн болгондо жылмакай бет пайда болот [22, 36-38].
4-сүрөт: Si-C экилик фаза диаграммасы [40]
Өткөөл металл элементтерин же сейрек кездешүүчү жер элементтерин легирлөө өсүү температурасын натыйжалуу төмөндөтүп гана тим болбостон, Si эритмесиндеги көмүртектин эригичтигин кескин жакшыртуунун бирден-бир жолу болуп көрүнөт. Si эритмесине Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80] ж.б. сыяктуу өткөөл топтун металлдарын же Ce [81], Y [82], Sc ж.б. сыяктуу сейрек кездешүүчү жер металлдарын кошуу термодинамикалык тең салмактуулукка жакын абалда көмүртектин эригичтигинин 50at.% дан ашышына мүмкүндүк берет. Андан тышкары, LPE ыкмасы SiCди P-типтеги легирлөө үчүн жагымдуу, ага Alди легирлөө аркылуу жетишүүгө болот.
эриткич [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Бирок, Al кошулмасы P-типтеги SiC монокристаллдарынын каршылыгынын жогорулашына алып келет [49, 56]. Азот кошулмасы астында N-типтеги өсүүдөн тышкары,
Эритменин өсүшү, адатта, инерттүү газ атмосферасында жүрөт. Гелий (He) аргонго караганда кымбатыраак болгону менен, ал көптөгөн окумуштуулар тарабынан төмөнкү илешкектүүлүгү жана жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүгү (аргонго караганда 8 эсе) үчүн артыкчылыктуу деп эсептелет [85]. 4H-SiCдеги миграция ылдамдыгы жана Cr курамы He жана Ar атмосферасында окшош, бирок үрөн кармагычтын жылуулукту көбүрөөк бөлүп чыгаруусунан улам Her астындагы өсүү Ar астындагы өсүүгө караганда жогорку өсүү ылдамдыгына алып келери далилденген [68]. He өскөн кристаллдын ичиндеги боштуктардын пайда болушуна жана эритмедеги өзүнөн-өзү ядролордун пайда болушуна тоскоол болот, ошондо жылмакай беттик морфология алууга болот [86].
Бул макалада SiC түзүлүштөрүнүн өнүгүшү, колдонулушу жана касиеттери, ошондой эле SiC монокристаллын өстүрүүнүн үч негизги ыкмасы тааныштырылган. Кийинки бөлүмдөрдө эритмени өстүрүүнүн учурдагы ыкмалары жана тиешелүү негизги параметрлер каралып чыккан. Акырында, эритме ыкмасы аркылуу SiC монокристаллдарынын көлөмдүк өсүшүнө байланыштуу кыйынчылыктарды жана келечектеги иштерди талкуулаган көз караш сунушталган.
Жарыяланган убактысы: 2024-жылдын 1-июлу