Kif muri fil-Fig. 3, hemm tliet tekniki dominanti li għandhom l-għan li jipprovdu kristall wieħed SiC b'kwalità u effiċjenza għolja: epitaxy tal-fażi likwida (LPE), trasport fiżiku tal-fwar (PVT), u depożizzjoni kimika tal-fwar f'temperatura għolja (HTCVD). Il-PVT huwa proċess stabbilit sew għall-produzzjoni ta' kristall wieħed SiC, li jintuża ħafna fil-manifatturi ewlenin tal-wejfers.
Madankollu, it-tliet proċessi kollha qed jevolvu u jinnovaw b'rata mgħaġġla. Għadu mhux possibbli li wieħed jgħid liema proċess se jiġi adottat b'mod wiesa' fil-futur. Partikolarment, kristall wieħed SiC ta' kwalità għolja prodott minn tkabbir f'soluzzjoni b'rata konsiderevoli ġie rrappurtat fis-snin riċenti, it-tkabbir bl-ingrossa tas-SiC fil-fażi likwida jeħtieġ temperatura aktar baxxa minn dik tal-proċess ta' sublimazzjoni jew depożizzjoni, u juri eċċellenza fil-produzzjoni ta' sottostrati SiC tat-tip P (Tabella 3) [33, 34].
Fig. 3: Skematika ta' tliet tekniki dominanti ta' tkabbir ta' kristall wieħed tas-SiC: (a) epitassija fil-fażi likwida; (b) trasport fiżiku tal-fwar; (ċ) depożizzjoni kimika tal-fwar f'temperatura għolja
Tabella 3: Paragun ta' LPE, PVT u HTCVD għat-tkabbir ta' kristalli singoli SiC [33, 34]
It-tkabbir f'soluzzjoni hija teknoloġija standard għall-preparazzjoni ta' semikondutturi komposti [36]. Mill-1960 'l hawn, ir-riċerkaturi ppruvaw jiżviluppaw kristall f'soluzzjoni [37]. Ladarba t-teknoloġija tiġi żviluppata, is-supersaturazzjoni tal-wiċċ tat-tkabbir tista' tiġi kkontrollata sew, u dan jagħmel il-metodu tas-soluzzjoni teknoloġija promettenti biex jinkisbu ingotti ta' kristall wieħed ta' kwalità għolja.
Għat-tkabbir tas-soluzzjoni ta' kristall wieħed SiC, is-sors tas-Si ġej minn tidwib tas-Si pur ħafna filwaqt li l-griġjol tal-grafita jservi skopijiet doppji: sors ta' ħiter u sors ta' solut tas-C. Il-kristalli singoli tas-SiC huma aktar probabbli li jikbru taħt il-proporzjon stojkjometriku ideali meta l-proporzjon tas-C u s-Si jkun qrib l-1, li jindika densità ta' difetti aktar baxxa [28]. Madankollu, fi pressjoni atmosferika, is-SiC ma juri l-ebda punt ta' tidwib u jiddekomponi direttament permezz ta' vaporizzazzjoni f'temperaturi li jaqbżu madwar 2,000 °C. It-tidwib tas-SiC, skont l-aspettattivi teoretiċi, jista' jiġi ffurmat biss taħt pressjoni severa ta' 109 Pa u temperaturi 'l fuq minn 3,200 °C. Iktar ma jkun għoli s-C fit-tidwib tas-Si li jvarja minn 1 at.% sa 13 at.%. Is-supersaturazzjoni tas-C li tmexxi s-sewqan, iktar tkun mgħaġġla r-rata tat-tkabbir, filwaqt li l-forza baxxa tas-C tat-tkabbir hija s-supersaturazzjoni tas-C li hija ddominata. Is-supersaturazzjoni tista' tipproduċi wiċċ lixx [22, 36-38]. F'temperaturi bejn 1,400 u 2,800 °C, is-solubilità tas-C fit-tidwib tas-Si tvarja minn 1 at.% sa 13 at.%. Il-forza li tmexxi t-tkabbir hija s-supersaturazzjoni tas-C li hija ddominata mill-gradjent tat-temperatura u s-sistema tas-soluzzjoni. Iktar ma tkun għolja s-supersaturazzjoni tas-C, iktar tkun mgħaġġla r-rata tat-tkabbir, filwaqt li supersaturazzjoni baxxa tas-C tipproduċi wiċċ lixx [22, 36-38].
Fig. 4: Dijagramma tal-fażi binarja Si-C [40]
Id-doping ta' elementi ta' metalli ta' transizzjoni jew elementi rari tad-dinja mhux biss inaqqas b'mod effettiv it-temperatura tat-tkabbir iżda jidher li huwa l-uniku mod biex tittejjeb drastikament is-solubbiltà tal-karbonju fit-tidwib tas-Si. Iż-żieda ta' metalli tal-grupp ta' transizzjoni, bħal Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80], eċċ. jew metalli rari tad-dinja, bħal Ce [81], Y [82], Sc, eċċ. mat-tidwib tas-Si tippermetti li s-solubbiltà tal-karbonju taqbeż il-50at.% fi stat qrib l-ekwilibriju termodinamiku. Barra minn hekk, it-teknika LPE hija favorevoli għad-doping tat-tip P tas-SiC, li jista' jinkiseb billi jiġi lligat Al fil-
solvent [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Madankollu, l-inkorporazzjoni ta' Al twassal għal żieda fir-reżistività ta' kristalli singoli SiC tat-tip P [49, 56]. Apparti mit-tkabbir tat-tip N taħt doping tan-nitroġenu,
It-tkabbir tas-soluzzjoni ġeneralment iseħħ f'atmosfera ta' gass inert. Għalkemm l-elju (He) huwa aktar għali mill-argon, huwa favorit minn ħafna studjużi minħabba l-viskożità aktar baxxa tiegħu u l-konduttività termali ogħla (8 darbiet l-argon) [85]. Ir-rata ta' migrazzjoni u l-kontenut ta' Cr f'4H-SiC huma simili taħt l-atmosfera ta' He u Ar, huwa ppruvat li t-tkabbir taħt Her jirriżulta f'rata ta' tkabbir ogħla mit-tkabbir taħt Ar minħabba d-dissipazzjoni akbar tas-sħana tad-detentur taż-żerriegħa [68]. He jimpedixxi l-formazzjoni ta' vojt ġewwa l-kristall imkabbar u n-nukleazzjoni spontanja fis-soluzzjoni, imbagħad, tista' tinkiseb morfoloġija tal-wiċċ lixxa [86].
Dan id-dokument introduċa l-iżvilupp, l-applikazzjonijiet, u l-proprjetajiet tal-apparati SiC, u t-tliet metodi ewlenin għat-tkabbir ta' kristalli singoli SiC. Fit-taqsimiet li ġejjin, ġew riveduti t-tekniki attwali tat-tkabbir tas-soluzzjoni u l-parametri ewlenin korrispondenti. Fl-aħħar nett, ġiet proposta prospett li ddiskuta l-isfidi u x-xogħlijiet futuri rigward it-tkabbir bl-ingrossa ta' kristalli singoli SiC permezz tal-metodu tas-soluzzjoni.
Ħin tal-posta: 01 ta' Lulju 2024