Како што е прикажано на Сл. 3, постојат три доминантни техники кои имаат за цел да обезбедат SiC монокристал со висок квалитет и ефикасност: епитаксија во течна фаза (LPE), физички транспорт на пареа (PVT) и хемиско таложење на пареа на висока температура (HTCVD). PVT е добро воспоставен процес за производство на SiC монокристал, кој е широко користен кај големите производители на плочки.
Сепак, сите три процеси брзо се развиваат и иновираат. Сè уште не е можно да се каже кој процес ќе биде широко усвоен во иднина. Особено, во последниве години е пријавен висококвалитетен SiC монокристал произведен со раст во раствор со значителна брзина, растот на SiC во течна фаза бара пониска температура од онаа на процесот на сублимација или таложење, и покажува извонредност во производството на P-тип SiC супстрати (Табела 3) [33, 34].
Сл. 3: Шема на три доминантни техники за раст на SiC монокристали: (а) епитаксија во течна фаза; (б) физички транспорт на пареа; (в) хемиско таложење на пареа на висока температура
Табела 3: Споредба на LPE, PVT и HTCVD за одгледување на SiC монокристали [33, 34]
Растот во раствор е стандардна технологија за подготовка на сложени полупроводници [36]. Од 1960-тите, истражувачите се обидуваат да развијат кристал во раствор [37]. Откако ќе се развие технологијата, презаситеноста на површината на раст може добро да се контролира, што го прави методот во раствор ветувачка технологија за добивање висококвалитетни монокристални инготи.
За раст во раствор на монокристал од SiC, изворот на Si произлегува од високочист стопен Si, додека графитниот сад служи за двојна намена: грејач и извор на растворена C супстанца. Монокристалите од SiC имаат поголема веројатност да растат под идеален стехиометриски сооднос кога односот на C и Si е блиску до 1, што укажува на помала густина на дефекти [28]. Сепак, при атмосферски притисок, SiC не покажува точка на топење и се распаѓа директно преку испарување на температури што надминуваат околу 2.000 °C. Растопените од SiC, според теоретските очекувања, можат да се формираат само под сериозни температури, што се гледа од двојниот фазен дијаграм Si-C (Сл. 4) според градиентот на температурата и системот на раствор. Колку е повисок C во стопениот Si, толку е побрза стапката на раст, додека ниската C сила на раст е презаситеноста на C што е доминирана од притисок од 109 Pa и температури над 3.200 °C. Може презаситеноста да произведе мазна површина [22, 36-38]. На температури помеѓу 1400 и 2800 °C, растворливоста на C во растопот на Si варира од 1 ат.% до 13 ат.%. Движечката сила на растот е презаситеноста со C, која е доминирана од температурниот градиент и системот на раствори. Колку е поголема презаситеноста со C, толку е побрза стапката на раст, додека ниската презаситеност со C произведува мазна површина [22, 36-38].
Сл. 4: Дијаграм на бинарни фази на Si-C [40]
Допирањето на елементи од преодни метали или елементи од ретки земјени елементи не само што ефикасно ја намалува температурата на раст, туку се чини дека е единствениот начин драстично да се подобри растворливоста на јаглеродот во стопениот Si. Додавањето на метали од преодна група, како што се Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80] итн. или метали од ретки земјени метали, како што се Ce [81], Y [82], Sc итн. во стопениот Si овозможува растворливоста на јаглеродот да надмине 50 ат.% во состојба блиска до термодинамичка рамнотежа. Покрај тоа, техниката LPE е поволна за P-тип допирање на SiC, што може да се постигне со легирање на Al во
растворувач [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Сепак, вградувањето на Al води до зголемување на отпорноста на P-тип SiC монокристали [49, 56]. Освен растот од N-тип под дејство на азот,
Растот во растворот генерално се одвива во атмосфера на инертен гас. Иако хелиумот (He) е поскап од аргонот, многу научници го претпочитаат поради неговиот помал вискозитет и поголема топлинска спроводливост (8 пати поголема од аргонот) [85]. Стапката на миграција и содржината на Cr во 4H-SiC се слични во атмосфера на He и Ar, докажано е дека растот под ова резултира со поголема стапка на раст отколку растот под Ar поради поголемата дисипација на топлина од држачот на семето [68]. Тој го попречува формирањето на празнини во рамките на пораснатиот кристал и спонтаното нуклеирање во растворот, а потоа може да се добие мазна површинска морфологија [86].
Овој труд ги претстави развојот, примената и својствата на SiC уредите, како и трите главни методи за одгледување на SiC монокристал. Во следните делови беа разгледани тековните техники на раст во раствор и соодветните клучни параметри. Конечно, беше предложен преглед кој ги дискутираше предизвиците и идните работи во врска со растот во голем обем на SiC монокристали преку метод на раствор.
Време на објавување: 01 јули 2024