आकृती ३ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, SiC सिंगल क्रिस्टलला उच्च दर्जाची आणि कार्यक्षमता प्रदान करण्यासाठी तीन प्रमुख तंत्रे आहेत: लिक्विड फेज एपिटॅक्सी (LPE), फिजिकल व्हेपर ट्रान्सपोर्ट (PVT) आणि हाय-टेम्परेचर केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन (HTCVD). PVT ही SiC सिंगल क्रिस्टल तयार करण्यासाठी एक सुस्थापित प्रक्रिया आहे, जी प्रमुख वेफर उत्पादकांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाते.
तथापि, तिन्ही प्रक्रिया वेगाने विकसित होत आहेत आणि नाविन्यपूर्ण होत आहेत. भविष्यात कोणती प्रक्रिया मोठ्या प्रमाणात स्वीकारली जाईल हे अद्याप सांगता येत नाही. विशेषतः, अलिकडच्या वर्षांत द्रावण वाढीद्वारे उत्पादित उच्च-गुणवत्तेचे SiC सिंगल क्रिस्टल लक्षणीय दराने नोंदवले गेले आहे, द्रव अवस्थेत SiC बल्क वाढीसाठी उदात्तीकरण किंवा निक्षेपण प्रक्रियेपेक्षा कमी तापमान आवश्यक असते आणि ते P-प्रकार SiC सब्सट्रेट्स तयार करण्यात उत्कृष्टता दर्शवते (तक्ता 3) [33, 34].
आकृती ३: तीन प्रमुख SiC सिंगल क्रिस्टल ग्रोथ तंत्रांची योजनाबद्ध रचना: (अ) द्रव अवस्था एपिटॅक्सी; (ब) भौतिक बाष्प वाहतूक; (क) उच्च-तापमान रासायनिक बाष्प निक्षेपण
तक्ता ३: SiC सिंगल क्रिस्टल्स वाढवण्यासाठी LPE, PVT आणि HTCVD ची तुलना [33, 34]
कंपाऊंड सेमीकंडक्टर तयार करण्यासाठी द्रावण वाढ ही एक मानक तंत्रज्ञान आहे [36]. १९६० पासून, संशोधकांनी द्रावणात क्रिस्टल विकसित करण्याचा प्रयत्न केला आहे [37]. एकदा तंत्रज्ञान विकसित झाल्यानंतर, वाढीच्या पृष्ठभागाचे सुपरसॅच्युरेशन चांगले नियंत्रित केले जाऊ शकते, ज्यामुळे द्रावण पद्धत उच्च-गुणवत्तेचे सिंगल क्रिस्टल इंगॉट्स मिळविण्यासाठी एक आशादायक तंत्रज्ञान बनते.
SiC सिंगल क्रिस्टलच्या द्रावणाच्या वाढीसाठी, Si स्रोत अत्यंत शुद्ध Si वितळण्यापासून उद्भवतो तर ग्रेफाइट क्रूसिबल दुहेरी उद्देशांसाठी काम करतो: हीटर आणि C विरघळणारा स्रोत. जेव्हा C आणि Si चे गुणोत्तर 1 च्या जवळ असते तेव्हा SiC सिंगल क्रिस्टल्स आदर्श स्टोइचियोमेट्रिक गुणोत्तराखाली वाढण्याची शक्यता जास्त असते, जे कमी दोष घनता दर्शवते [28]. तथापि, वातावरणीय दाबावर, SiC कोणताही वितळण्याचा बिंदू दर्शवत नाही आणि सुमारे 2,000 °C पेक्षा जास्त तापमानात बाष्पीभवनाद्वारे थेट विघटित होते. सैद्धांतिक अपेक्षांनुसार, SiC वितळणे केवळ तीव्रतेखाली तयार होऊ शकते जे तापमान ग्रेडियंट आणि द्रावण प्रणालीद्वारे Si-C बायनरी फेज आकृती (आकृती 4) वरून दिसून येते. Si वितळण्यामध्ये C जितके जास्त असेल तितके 1at.% ते 13at.% पर्यंत बदलते. ड्रायव्हिंग C सुपरसॅच्युरेशन, वाढीचा दर वेगवान, तर वाढीचा कमी C फोर्स म्हणजे C सुपरसॅच्युरेशन जो 109 Pa चा दाब आणि 3,200 °C पेक्षा जास्त तापमानावर असतो. ते अतिसंपृक्ततेमुळे गुळगुळीत पृष्ठभाग तयार होतो [22, 36-38]. 1,400 आणि 2,800 °C तापमानात, Si वितळण्यात C ची विद्राव्यता 1at.% ते 13at.% पर्यंत बदलते. वाढीची प्रेरक शक्ती म्हणजे C सुपरसॅच्युरेशन जे तापमान ग्रेडियंट आणि द्रावण प्रणालीद्वारे वर्चस्व गाजवते. C सुपरसॅच्युरेशन जितके जास्त असेल तितका वाढीचा दर जलद असेल, तर कमी C सुपरसॅच्युरेशनमुळे गुळगुळीत पृष्ठभाग तयार होतो [22, 36-38].
आकृती ४: Si-C बायनरी फेज आकृती [40]
डोपिंग ट्रान्झिशन मेटल एलिमेंट्स किंवा दुर्मिळ-पृथ्वी घटक केवळ वाढीचे तापमान प्रभावीपणे कमी करत नाहीत तर Si मेल्टमध्ये कार्बन विद्राव्यता लक्षणीयरीत्या सुधारण्याचा एकमेव मार्ग असल्याचे दिसते. Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80], इत्यादी ट्रान्झिशन ग्रुप धातू किंवा Ce [81], Y [82], Sc, इत्यादी दुर्मिळ पृथ्वी धातू Si मेल्टमध्ये जोडल्याने थर्मोडायनामिक समतोलाच्या जवळ असलेल्या स्थितीत कार्बन विद्राव्यता 50at.% पेक्षा जास्त होऊ शकते. शिवाय, LPE तंत्र SiC च्या P-प्रकार डोपिंगसाठी अनुकूल आहे, जे Al ला मिश्रधातूमध्ये मिसळून साध्य करता येते.
द्रावक [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. तथापि, Al चा समावेश केल्याने P-प्रकार SiC सिंगल क्रिस्टल्सच्या प्रतिरोधकतेत वाढ होते [49, 56]. नायट्रोजन डोपिंग अंतर्गत N-प्रकार वाढीव्यतिरिक्त,
द्रावणाची वाढ सामान्यतः निष्क्रिय वायू वातावरणात होते. जरी हेलियम (He) आर्गॉनपेक्षा महाग असले तरी, त्याची कमी स्निग्धता आणि जास्त औष्णिक चालकता (आर्गॉनच्या 8 पट) असल्यामुळे अनेक विद्वानांनी त्याला पसंती दिली आहे [85]. 4H-SiC मध्ये स्थलांतर दर आणि Cr चे प्रमाण He आणि Ar वातावरणात समान आहे, हे सिद्ध झाले आहे की बियाणे धारकाच्या मोठ्या उष्णतेच्या अपव्ययामुळे [68] अंतर्गत वाढीचा परिणाम Ar अंतर्गत वाढीपेक्षा जास्त वाढीच्या दरात होतो. ते वाढलेल्या क्रिस्टलमध्ये पोकळी तयार होण्यास आणि द्रावणात उत्स्फूर्त न्यूक्लियेशनला अडथळा आणते, त्यानंतर, एक गुळगुळीत पृष्ठभाग आकारविज्ञान मिळवता येते [86].
या पेपरमध्ये SiC उपकरणांचा विकास, अनुप्रयोग आणि गुणधर्म आणि SiC सिंगल क्रिस्टल वाढवण्याच्या तीन मुख्य पद्धतींचा परिचय करून देण्यात आला. पुढील विभागांमध्ये, सध्याच्या सोल्युशन ग्रोथ तंत्रांचा आणि संबंधित प्रमुख पॅरामीटर्सचा आढावा घेण्यात आला. शेवटी, सोल्युशन पद्धतीद्वारे SiC सिंगल क्रिस्टल्सच्या मोठ्या प्रमाणात वाढीसंदर्भातील आव्हाने आणि भविष्यातील कामांवर चर्चा करणारा एक दृष्टिकोन प्रस्तावित करण्यात आला.
पोस्ट वेळ: जुलै-०१-२०२४