ສາມເຕັກນິກຫຼັກສຳລັບການເຕີບໂຕຂອງຜລຶກ SiC

ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 3, ມີສາມເຕັກນິກທີ່ໂດດເດັ່ນທີ່ມີຈຸດປະສົງເພື່ອໃຫ້ SiC ຜລຶກດ່ຽວມີຄຸນນະພາບ ແລະ ປະສິດທິພາບສູງຄື: ການຊຶມຜ່ານຂອງແຫຼວໃນຂັ້ນຕອນຂອງແຫຼວ (LPE), ການຂົນສົ່ງໄອທາງກາຍະພາບ (PVT), ແລະ ການວາງໄອເຄມີໃນອຸນຫະພູມສູງ (HTCVD). PVT ເປັນຂະບວນການທີ່ໄດ້ຮັບການຍອມຮັບຢ່າງດີສຳລັບການຜະລິດ SiC ຜລຶກດ່ຽວ, ເຊິ່ງຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນຜູ້ຜະລິດແຜ່ນແພລາຍໃຫຍ່.

ເຖິງຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ຂະບວນການທັງສາມຢ່າງນີ້ກຳລັງພັດທະນາ ແລະ ປະດິດສ້າງຢ່າງວ່ອງໄວ. ຍັງບໍ່ສາມາດກຳນົດໄດ້ວ່າຂະບວນການໃດຈະຖືກນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນອະນາຄົດ. ໂດຍສະເພາະ, ຜລຶກດຽວ SiC ທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງທີ່ຜະລິດໂດຍການເຕີບໂຕຂອງສານລະລາຍໃນອັດຕາທີ່ສູງໄດ້ຖືກລາຍງານໃນຊຸມປີມໍ່ໆມານີ້, ການເຕີບໂຕຂອງ SiC ໃນຂັ້ນຕອນຂອງແຫຼວຕ້ອງການອຸນຫະພູມຕ່ຳກວ່າຂະບວນການລະເຫີຍ ຫຼື ການວາງຊັ້ນ, ແລະ ມັນສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມເປັນເລີດໃນການຜະລິດວັດສະດຸ SiC ປະເພດ P (ຕາຕະລາງ 3) [33, 34].

ຮູບທີ 3: ແຜນວາດຂອງເຕັກນິກການເຕີບໂຕຂອງຜລຶກດຽວ SiC ທີ່ໂດດເດັ່ນສາມຢ່າງຄື: (ກ) epitaxy ຂອງໄລຍະແຫຼວ; (ຂ) ການຂົນສົ່ງໄອທາງກາຍະພາບ; (ຄ) ການຕົກຕະກອນໄອເຄມີທີ່ມີອຸນຫະພູມສູງ

ຕາຕະລາງທີ 3: ການປຽບທຽບ LPE, PVT ແລະ HTCVD ສຳລັບການປູກຜລຶກ SiC ດ່ຽວ [33, 34]

ການເຕີບໂຕຂອງສານລະລາຍແມ່ນເຕັກໂນໂລຊີມາດຕະຖານສຳລັບການກະກຽມເຄິ່ງຕົວນຳປະສົມ [36]. ນັບຕັ້ງແຕ່ຊຸມປີ 1960, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ພະຍາຍາມພັດທະນາຜລຶກໃນສານລະລາຍ [37]. ເມື່ອເຕັກໂນໂລຊີໄດ້ຮັບການພັດທະນາແລ້ວ, ຄວາມອີ່ມຕົວຂອງໜ້າດິນທີ່ເຕີບໃຫຍ່ສາມາດຄວບຄຸມໄດ້ດີ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ວິທີການລະລາຍເປັນເຕັກໂນໂລຊີທີ່ມີຄວາມຫວັງສຳລັບການໄດ້ຮັບແທ່ງຜລຶກດ່ຽວທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງ.

ສຳລັບການເຕີບໂຕຂອງສານລະລາຍຂອງຜລຶກດ່ຽວ SiC, ແຫຼ່ງ Si ແມ່ນມາຈາກການລະລາຍ Si ທີ່ບໍລິສຸດສູງ ໃນຂະນະທີ່ເຕົາແກຣໄຟຮັບໃຊ້ສອງຈຸດປະສົງຄື: ແຫຼ່ງຄວາມຮ້ອນ ແລະ ແຫຼ່ງຕົວລະລາຍ C. ຜລຶກດ່ຽວ SiC ມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະເຕີບໂຕພາຍໃຕ້ອັດຕາສ່ວນ stoichiometric ທີ່ເໝາະສົມເມື່ອອັດຕາສ່ວນຂອງ C ແລະ Si ໃກ້ກັບ 1, ເຊິ່ງຊີ້ບອກເຖິງຄວາມໜາແໜ້ນຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງທີ່ຕ່ຳກວ່າ [28]. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ທີ່ຄວາມກົດດັນຂອງບັນຍາກາດ, SiC ບໍ່ສະແດງຈຸດລະລາຍ ແລະ ເນົ່າເປື່ອຍໂດຍກົງຜ່ານການລະເຫີຍທີ່ອຸນຫະພູມເກີນປະມານ 2,000 °C. ການລະລາຍ SiC, ຕາມຄວາມຄາດຫວັງທາງທິດສະດີ, ສາມາດສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນພາຍໃຕ້ຄວາມຮຸນແຮງເທົ່ານັ້ນທີ່ເຫັນໄດ້ຈາກແຜນວາດໄລຍະຄູ່ Si-C (ຮູບທີ 4) ທີ່ at ໂດຍການປ່ຽນແປງຂອງອຸນຫະພູມ ແລະ ລະບົບສານລະລາຍ. C ສູງໃນການລະລາຍ Si ແຕກຕ່າງກັນຈາກ 1at.% ເຖິງ 13at. ການອີ່ມຕົວຂອງ C ຂັບເຄື່ອນ, ອັດຕາການເຕີບໂຕຈະໄວຂຶ້ນ, ໃນຂະນະທີ່ແຮງ C ຕ່ຳຂອງການເຕີບໂຕແມ່ນຄວາມອີ່ມຕົວຂອງ C ທີ່ມີຄວາມກົດດັນຄອບງຳ 109 Pa ແລະ ອຸນຫະພູມສູງກວ່າ 3,200 °C. ມັນສາມາດເຮັດໃຫ້ເກີດພື້ນຜິວທີ່ລຽບນຽນ [22, 36-38]. ອຸນຫະພູມລະຫວ່າງ 1,400 ແລະ 2,800 °C, ຄວາມລະລາຍຂອງ C ໃນ Si ລະລາຍແຕກຕ່າງກັນຈາກ 1at.% ເຖິງ 13at.%. ແຮງຂັບເຄື່ອນຂອງການເຕີບໂຕແມ່ນ C ການອີ່ມຕົວທີ່ຖືກຄອບງຳໂດຍການປ່ຽນແປງຂອງອຸນຫະພູມ ແລະ ລະບົບການລະລາຍ. ຄວາມອີ່ມຕົວຂອງ C ສູງເທົ່າໃດ, ອັດຕາການເຕີບໂຕກໍ່ຈະໄວຂຶ້ນເທົ່ານັ້ນ, ໃນຂະນະທີ່ຄວາມອີ່ມຕົວຂອງ C ຕ່ຳຈະເຮັດໃຫ້ພື້ນຜິວລຽບນຽນ [22, 36-38].

ຮູບທີ 4: ແຜນວາດໄລຍະຄູ່ Si-C [40]

ການເສີມທາດໂລຫະປະສົມ ຫຼື ທາດໂລຫະທີ່ຫາຍາກບໍ່ພຽງແຕ່ເຮັດໃຫ້ອຸນຫະພູມການຈະເລີນເຕີບໂຕຫຼຸດລົງຢ່າງມີປະສິດທິພາບເທົ່ານັ້ນ ແຕ່ເບິ່ງຄືວ່າເປັນວິທີດຽວທີ່ຈະປັບປຸງຄວາມສາມາດໃນການລະລາຍຂອງຄາບອນໃນໂລຫະປະສົມ Si ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ການເພີ່ມໂລຫະກຸ່ມຫັນປ່ຽນ ເຊັ່ນ Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80], ແລະອື່ນໆ ຫຼື ໂລຫະທີ່ຫາຍາກ ເຊັ່ນ Ce [81], Y [82], Sc, ແລະອື່ນໆ ໃສ່ໂລຫະປະສົມ Si ຊ່ວຍໃຫ້ຄວາມສາມາດໃນການລະລາຍຂອງຄາບອນເກີນ 50at.% ໃນສະພາບທີ່ໃກ້ຄຽງກັບຄວາມສົມດຸນທາງເທີໂມໄດນາມິກ. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ເຕັກນິກ LPE ແມ່ນເອື້ອອຳນວຍສຳລັບການເສີມທາດ SiC ປະເພດ P, ເຊິ່ງສາມາດບັນລຸໄດ້ໂດຍການປະສົມ Al ເຂົ້າໄປໃນ
ຕົວລະລາຍ [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ການລວມເອົາ Al ນຳໄປສູ່ການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງຄວາມຕ້ານທານຂອງຜລຶກ SiC ປະເພດ P [49, 56]. ນອກເໜືອໄປຈາກການເຕີບໂຕປະເພດ N ພາຍໃຕ້ການເສີມໄນໂຕຣເຈນ,

ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວການເຕີບໂຕຂອງສານລະລາຍຈະດຳເນີນໄປໃນບັນຍາກາດອາຍແກັສທີ່ບໍ່ມີປະຕິກິລິຍາ. ເຖິງແມ່ນວ່າຮີລຽມ (He) ມີລາຄາແພງກວ່າອາກອນ, ແຕ່ນັກວິຊາການຫຼາຍຄົນມັກມັນຍ້ອນຄວາມໜືດຕ່ຳ ແລະ ຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນສູງກວ່າ (8 ເທົ່າຂອງອາກອນ) [85]. ອັດຕາການເຄື່ອນຍ້າຍ ແລະ ປະລິມານ Cr ໃນ 4H-SiC ແມ່ນຄ້າຍຄືກັນພາຍໃຕ້ບັນຍາກາດ He ແລະ Ar, ມັນໄດ້ພິສູດແລ້ວວ່າການເຕີບໂຕພາຍໃຕ້ He ເຮັດໃຫ້ມີອັດຕາການເຕີບໂຕສູງກວ່າການເຕີບໂຕພາຍໃຕ້ Ar ເນື່ອງຈາກການກະຈາຍຄວາມຮ້ອນທີ່ໃຫຍ່ກວ່າຂອງຜູ້ຖືເມັດ [68]. He ຂັດຂວາງການສ້າງຊ່ອງວ່າງພາຍໃນຜລຶກທີ່ເຕີບໃຫຍ່ ແລະ ການສ້າງນິວເຄຼຍສປຽນເອງໃນສານລະລາຍ, ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ສາມາດໄດ້ຮັບຮູບຮ່າງພື້ນຜິວທີ່ລຽບນຽນ [86].

ເອກະສານສະບັບນີ້ໄດ້ນຳສະເໜີການພັດທະນາ, ການນຳໃຊ້, ແລະ ຄຸນສົມບັດຂອງອຸປະກອນ SiC, ແລະ ສາມວິທີການຫຼັກສຳລັບການປູກຜລຶກ SiC ດ່ຽວ. ໃນພາກຕໍ່ໄປນີ້, ເຕັກນິກການເຕີບໂຕຂອງສານລະລາຍໃນປະຈຸບັນ ແລະ ພາລາມິເຕີຫຼັກທີ່ສອດຄ້ອງກັນໄດ້ຖືກທົບທວນຄືນ. ສຸດທ້າຍ, ທັດສະນະໄດ້ຖືກສະເໜີທີ່ປຶກສາຫາລືກ່ຽວກັບສິ່ງທ້າທາຍ ແລະ ວຽກງານໃນອະນາຄົດກ່ຽວກັບການເຕີບໂຕຂອງຜລຶກ SiC ດ່ຽວຜ່ານວິທີການລະລາຍ.