ပုံ ၃ တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း၊ SiC single crystal ကို အရည်အသွေးမြင့်မားပြီး ထိရောက်မှုမြင့်မားစေရန် ရည်ရွယ်သည့် အဓိကနည်းပညာသုံးခုရှိသည်- liquid phase epitaxy (LPE)၊ physical vapor transport (PVT) နှင့် high-temperature chemical vapor deposition (HTCVD)။ PVT သည် SiC single crystal ထုတ်လုပ်ရန်အတွက် ကောင်းစွာတည်ထောင်ထားသော လုပ်ငန်းစဉ်တစ်ခုဖြစ်ပြီး အဓိက wafer ထုတ်လုပ်သူများတွင် ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့်အသုံးပြုကြသည်။
သို့သော်၊ လုပ်ငန်းစဉ်သုံးခုစလုံးသည် အလျင်အမြန် တိုးတက်ပြောင်းလဲနေပြီး ဆန်းသစ်တီထွင်နေကြသည်။ အနာဂတ်တွင် မည်သည့်လုပ်ငန်းစဉ်ကို ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့် လက်ခံကျင့်သုံးမည်ကို ခန့်မှန်းရန် မဖြစ်နိုင်သေးပါ။ အထူးသဖြင့်၊ မကြာသေးမီနှစ်များအတွင်း သိသာထင်ရှားသောနှုန်းဖြင့် ပျော်ရည်တိုးတက်မှုမှ ထုတ်လုပ်သော အရည်အသွေးမြင့် SiC single crystal ကြီးထွားမှုကို အစီရင်ခံခဲ့ပြီး၊ အရည်အဆင့်တွင် SiC အစုလိုက်ကြီးထွားမှုသည် sublimation သို့မဟုတ် deposition လုပ်ငန်းစဉ်ထက် အပူချိန်နိမ့်ရန် လိုအပ်ပြီး P-type SiC substrates များထုတ်လုပ်ရာတွင် ထူးချွန်မှုကို ပြသသည် (ဇယား 3) [33၊ 34]။
ပုံ ၃: အဓိက SiC single crystal growth နည်းစနစ်သုံးခု၏ ပုံကြမ်း- (က) အရည်အဆင့် epitaxy၊ (ခ) ရုပ်ပိုင်းဆိုင်ရာ အငွေ့သယ်ယူပို့ဆောင်မှု၊ (ဂ) အပူချိန်မြင့် ဓာတုအငွေ့စုပုံခြင်း
ဇယား ၃: SiC တစ်ထပ်ပုံဆောင်ခဲများ ကြီးထွားရန်အတွက် LPE၊ PVT နှင့် HTCVD တို့ကို နှိုင်းယှဉ်ခြင်း [၃၃၊ ၃၄]
အရည်ကြီးထွားမှုသည် ဒြပ်ပေါင်းတစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းများပြင်ဆင်ရန်အတွက် စံနည်းပညာတစ်ခုဖြစ်သည် [36]။ ၁၉၆၀ ပြည့်လွန်နှစ်များမှစ၍ သုတေသီများသည် အရည်တွင် ပုံဆောင်ခဲတစ်ခု တီထွင်ရန် ကြိုးစားခဲ့ကြသည် [37]။ နည်းပညာ တီထွင်ပြီးသည်နှင့် ကြီးထွားမှုမျက်နှာပြင်၏ supersaturation ကို ကောင်းစွာထိန်းချုပ်နိုင်သောကြောင့် အရည်နည်းလမ်းသည် အရည်အသွေးမြင့် single crystal ingots များရရှိရန် အလားအလာကောင်းသော နည်းပညာတစ်ခုဖြစ်စေသည်။
SiC single crystal ၏ ပျော်ရည်ကြီးထွားမှုအတွက် Si အရင်းအမြစ်သည် အလွန်သန့်စင်သော Si အရည်ပျော်မှ ဆင်းသက်လာပြီး ဂရပ်ဖိုက် crucible သည် အပူပေးစက်နှင့် C ပျော်ရည်အရင်းအမြစ်နှစ်မျိုးအတွက် ရည်ရွယ်ချက်နှစ်မျိုးကို ဆောင်ရွက်ပေးသည်။ SiC single crystals များသည် C နှင့် Si အချိုး 1 နှင့်နီးစပ်သောအခါ စံပြ stoichiometric အချိုးအောက်တွင် ကြီးထွားနိုင်ခြေပိုများပြီး ချို့ယွင်းချက်သိပ်သည်းဆနိမ့်ကြောင်း ညွှန်ပြသည် [28]။ သို့သော် လေထုဖိအားတွင် SiC သည် အရည်ပျော်မှတ်မပြဘဲ 2,000 °C ထက်ကျော်လွန်သော အပူချိန်များတွင် အငွေ့ပျံခြင်းမှတစ်ဆင့် တိုက်ရိုက်ပြိုကွဲသွားသည်။ သီအိုရီဆိုင်ရာ မျှော်လင့်ချက်များအရ SiC အရည်ပျော်များကို Si-C binary phase diagram (ပုံ 4) မှ အပူချိန် gradient နှင့် ပျော်ရည်စနစ်အရ ပြင်းထန်သောအခြေအနေတွင်သာ ဖွဲ့စည်းနိုင်သည်။ Si အရည်ပျော်တွင် C မြင့်မားလေ 1at.% မှ 13at.% အထိ ကွဲပြားသည်။ C supersaturation ကို မောင်းနှင်သည်၊ ကြီးထွားနှုန်း ပိုမြန်လေဖြစ်ပြီး ကြီးထွားမှု၏ C အားနည်းခြင်းသည် 109 Pa ဖိအားနှင့် 3,200 °C အထက် အပူချိန်များသော C supersaturation ဖြစ်သည်။ ၎င်းသည် supersaturation သည် ချောမွေ့သောမျက်နှာပြင်ကို ထုတ်လုပ်ပေးနိုင်သည် [22, 36-38]။ 1,400 မှ 2,800 °C အကြား အပူချိန်များတွင်၊ Si အရည်ပျော်တွင် C ၏ ပျော်ဝင်နိုင်မှုသည် 1at.% မှ 13at.% အထိ ကွဲပြားသည်။ ကြီးထွားမှု၏ မောင်းနှင်အားမှာ အပူချိန် gradient နှင့် ပျော်ရည်စနစ်က လွှမ်းမိုးထားသော C supersaturation ဖြစ်သည်။ C supersaturation မြင့်လေ၊ ကြီးထွားမှုနှုန်း မြန်လေဖြစ်ပြီး C supersaturation နည်းလေ ချောမွေ့သောမျက်နှာပြင်ကို ထုတ်လုပ်ပေးသည် [22, 36-38]။
ပုံ ၄: Si-C ဒွိစုံအဆင့်ပုံ [40]
အကူးအပြောင်းသတ္တုဒြပ်စင်များ သို့မဟုတ် ရှားပါးဒြပ်စင်များကို doping လုပ်ခြင်းသည် ကြီးထွားမှုအပူချိန်ကို ထိရောက်စွာလျှော့ချပေးရုံသာမက Si အရည်ပျော်တွင် ကာဗွန်ပျော်ဝင်နိုင်မှုကို သိသိသာသာတိုးတက်စေရန် တစ်ခုတည်းသောနည်းလမ်းဖြစ်ပုံရသည်။ Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80] စသည်တို့ကဲ့သို့သော အကူးအပြောင်းအုပ်စုသတ္တုများ သို့မဟုတ် Ce [81], Y [82], Sc စသည်တို့ကဲ့သို့သော ရှားပါးသတ္တုများကို Si အရည်ပျော်တွင်ထည့်သွင်းခြင်းဖြင့် သာမိုဒိုင်းနမစ်မျှခြေနှင့်နီးစပ်သောအခြေအနေတွင် ကာဗွန်ပျော်ဝင်နိုင်မှုကို 50at.% ကျော်လွန်စေသည်။ ထို့အပြင်၊ LPE နည်းပညာသည် SiC ၏ P-type doping အတွက် အကျိုးရှိပြီး Al ကို သတ္တုစပ်ခြင်းဖြင့် ရရှိနိုင်သည်။
ပျော်ရည် [၅၀၊ ၅၃၊ ၅၆၊ ၅၉၊ ၆၄၊ ၇၁-၇၃၊ ၈၂၊ ၈၃]။ သို့သော်၊ Al ပါဝင်မှုသည် P-type SiC single crystals များ၏ resistivity ကို တိုးစေသည် [၄၉၊ ၅၆]။ နိုက်ထရိုဂျင် doping အောက်တွင် N-type ကြီးထွားမှုမှလွဲ၍
ပျော်ရည်ကြီးထွားမှုသည် ယေဘုယျအားဖြင့် အစွမ်းမဲ့ဓာတ်ငွေ့လေထုတွင် ဖြစ်ပေါ်သည်။ ဟီလီယမ် (He) သည် အာဂွန်ထက် ပိုမိုစျေးကြီးသော်လည်း၊ ၎င်း၏ viscosity နည်းပါးခြင်းနှင့် အပူစီးကူးမှုမြင့်မားခြင်း (အာဂွန်ထက် ၈ ဆ) ကြောင့် ပညာရှင်အများအပြားက နှစ်သက်ကြသည် [85]။ 4H-SiC ရှိ ရွှေ့ပြောင်းမှုနှုန်းနှင့် Cr ပါဝင်မှုသည် He နှင့် Ar လေထုအောက်တွင် အလားတူဖြစ်သော်လည်း၊ He အောက်တွင် ကြီးထွားမှုသည် အစေ့ကိုင်ဆောင်သူ၏ အပူပျံ့နှံ့မှု ပိုမိုများပြားခြင်းကြောင့် Ar အောက်တွင် ကြီးထွားမှုထက် ပိုမိုမြင့်မားသော ကြီးထွားမှုနှုန်းကို ဖြစ်ပေါ်စေကြောင်း သက်သေပြခဲ့သည် [68]။ He သည် ကြီးထွားလာသော ပုံဆောင်ခဲအတွင်းရှိ အပေါက်များဖွဲ့စည်းခြင်းနှင့် ပျော်ရည်တွင် သဘာဝအတိုင်း နျူကလိယဖွဲ့စည်းခြင်းကို တားဆီးပြီးနောက် ချောမွေ့သော မျက်နှာပြင်ပုံသဏ္ဍာန်ကို ရရှိနိုင်သည် [86]။
ဤစာတမ်းသည် SiC ကိရိယာများ၏ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှု၊ အသုံးချမှုများနှင့် ဂုဏ်သတ္တိများနှင့် SiC single crystal ကြီးထွားစေရန် အဓိကနည်းလမ်းသုံးမျိုးကို မိတ်ဆက်ပေးခဲ့သည်။ အောက်ပါအပိုင်းများတွင် လက်ရှိ solution growth နည်းပညာများနှင့် သက်ဆိုင်ရာ key parameters များကို ပြန်လည်သုံးသပ်ခဲ့သည်။ နောက်ဆုံးတွင် solution method မှတစ်ဆင့် SiC single crystals များ အစုလိုက်အပြုံလိုက်ကြီးထွားမှုနှင့်ပတ်သက်သည့် စိန်ခေါ်မှုများနှင့် အနာဂတ်လုပ်ငန်းများကို ဆွေးနွေးထားသည့် အလားအလာတစ်ခုကို အဆိုပြုခဲ့သည်။
ပို့စ်တင်ချိန်: ၂၀၂၄ ခုနှစ်၊ ဇူလိုင်လ ၁ ရက်