SiC क्रिस्टल वृद्धिको लागि तीन प्रमुख प्रविधिहरू

चित्र ३ मा देखाइए अनुसार, SiC एकल क्रिस्टललाई उच्च गुणस्तर र दक्षता प्रदान गर्ने लक्ष्य राखेर तीन प्रमुख प्रविधिहरू छन्: तरल चरण एपिटेक्सी (LPE), भौतिक वाष्प यातायात (PVT), र उच्च-तापमान रासायनिक वाष्प निक्षेपण (HTCVD)। PVT SiC एकल क्रिस्टल उत्पादन गर्नको लागि एक स्थापित प्रक्रिया हो, जुन प्रमुख वेफर निर्माताहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।

यद्यपि, तीनवटै प्रक्रियाहरू द्रुत गतिमा विकसित र नवीन हुँदै गइरहेका छन्। भविष्यमा कुन प्रक्रिया व्यापक रूपमा अपनाइनेछ भनेर अनुमान गर्न अझै सम्भव छैन। विशेष गरी, हालका वर्षहरूमा समाधान वृद्धिद्वारा उत्पादित उच्च-गुणस्तरको SiC एकल क्रिस्टल उल्लेखनीय दरमा रिपोर्ट गरिएको छ, तरल चरणमा SiC बल्क वृद्धिलाई उदात्तीकरण वा निक्षेपण प्रक्रियाको भन्दा कम तापक्रम चाहिन्छ, र यसले P-प्रकार SiC सब्सट्रेटहरू उत्पादन गर्ने उत्कृष्टता प्रदर्शन गर्दछ (तालिका 3) [33, 34]।

चित्र ३: तीन प्रमुख SiC एकल क्रिस्टल वृद्धि प्रविधिहरूको योजनाबद्ध: (क) तरल चरण एपिटेक्सी; (ख) भौतिक वाष्प परिवहन; (ग) उच्च-तापमान रासायनिक वाष्प निक्षेपण

तालिका ३: SiC एकल क्रिस्टलहरू बढाउनको लागि LPE, PVT र HTCVD को तुलना [33, 34]

घोल वृद्धि यौगिक अर्धचालकहरू तयार गर्ने एक मानक प्रविधि हो [36]। १९६० को दशकदेखि, अनुसन्धानकर्ताहरूले घोलमा क्रिस्टल विकास गर्ने प्रयास गरेका छन् [37]। एक पटक प्रविधि विकसित भएपछि, वृद्धि सतहको सुपरस्याचुरेशन राम्रोसँग नियन्त्रण गर्न सकिन्छ, जसले घोल विधिलाई उच्च-गुणस्तरको एकल क्रिस्टल इन्गटहरू प्राप्त गर्नको लागि एक आशाजनक प्रविधि बनाउँछ।

SiC एकल क्रिस्टलको घोल वृद्धिको लागि, Si स्रोत अत्यधिक शुद्ध Si पग्लनेबाट उत्पन्न हुन्छ जबकि ग्रेफाइट क्रुसिबलले दोहोरो उद्देश्यहरू पूरा गर्दछ: हीटर र C घुलनशील स्रोत। C र Si को अनुपात १ को नजिक हुँदा SiC एकल क्रिस्टलहरू आदर्श स्टोइचियोमेट्रिक अनुपात अन्तर्गत बढ्ने सम्भावना बढी हुन्छ, जसले कम दोष घनत्व [28] लाई संकेत गर्दछ। यद्यपि, वायुमण्डलीय चापमा, SiC ले कुनै पग्लने बिन्दु देखाउँदैन र लगभग २,००० °C भन्दा बढी तापक्रममा वाष्पीकरण मार्फत सिधै विघटन हुन्छ। सैद्धान्तिक अपेक्षाहरू अनुसार, SiC पग्लने, तापमान ढाँचा र समाधान प्रणाली द्वारा Si-C बाइनरी चरण रेखाचित्र (चित्र ४) बाट देख्न सकिने गम्भीर अन्तर्गत मात्र गठन गर्न सकिन्छ। Si पग्लनेमा C जति उच्च हुन्छ 1at.% देखि 13at.% सम्म फरक हुन्छ। ड्राइभिङ C सुपरस्याचुरेशन, वृद्धि दर त्यति नै छिटो हुन्छ, जबकि वृद्धिको कम C बल C सुपरस्याचुरेशन हो जुन १०९ Pa को दबाब र ३,२०० °C भन्दा माथिको तापक्रममा हावी हुन्छ। यसले सुपरस्याचुरेशनले चिल्लो सतह उत्पादन गर्न सक्छ [22, 36-38]। १,४०० र २,८०० डिग्री सेल्सियस बीचको तापक्रममा, Si पग्लनमा C को घुलनशीलता १at.% देखि १३at.% सम्म फरक हुन्छ। वृद्धिको चालक शक्ति C सुपरस्याचुरेशन हो जुन तापक्रम ढाँचा र समाधान प्रणाली द्वारा हावी हुन्छ। C सुपरस्याचुरेशन जति उच्च हुन्छ, वृद्धि दर त्यति नै छिटो हुन्छ, जबकि कम C सुपरस्याचुरेशनले चिल्लो सतह उत्पादन गर्दछ [22, 36-38]।

चित्र ४: Si-C बाइनरी चरण रेखाचित्र [40]

डोपिङ ट्रान्जिसन मेटल एलिमेन्टहरू वा दुर्लभ-पृथ्वी तत्वहरूले वृद्धि तापक्रमलाई प्रभावकारी रूपमा कम मात्र गर्दैन तर Si पग्लनमा कार्बन घुलनशीलतामा उल्लेखनीय सुधार गर्ने एक मात्र तरिका जस्तो देखिन्छ। Si पग्लनमा Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80], आदि जस्ता ट्रान्जिसन समूह धातुहरू वा Ce [81], Y [82], Sc, आदि जस्ता दुर्लभ पृथ्वी धातुहरू थप्दा थर्मोडायनामिक सन्तुलनको नजिकको अवस्थामा कार्बन घुलनशीलता 50at.% भन्दा बढी हुन अनुमति दिन्छ। यसबाहेक, LPE प्रविधि SiC को P-प्रकार डोपिङको लागि अनुकूल छ, जुन Al लाई मिश्र धातुमा मिसाएर प्राप्त गर्न सकिन्छ।
विलायक [५०, ५३, ५६, ५९, ६४, ७१-७३, ८२, ८३]। यद्यपि, Al को समावेशले P-प्रकार SiC एकल क्रिस्टलहरूको प्रतिरोधकतामा वृद्धि निम्त्याउँछ [४९, ५६]। नाइट्रोजन डोपिङ अन्तर्गत N-प्रकारको वृद्धि बाहेक,

घोलको वृद्धि सामान्यतया निष्क्रिय ग्यास वायुमण्डलमा हुन्छ। यद्यपि हेलियम (He) आर्गन भन्दा महँगो छ, यसको कम चिपचिपापन र उच्च तापीय चालकता (आर्गनको 8 गुणा) को कारणले धेरै विद्वानहरूले यसलाई मन पराउँछन् [85]। 4H-SiC मा माइग्रेसन दर र Cr सामग्री He र Ar वायुमण्डल अन्तर्गत समान छन्, यो प्रमाणित भएको छ कि बीउ धारकको ठूलो ताप अपव्ययको कारणले गर्दा Ar अन्तर्गत वृद्धिको तुलनामा उच्च वृद्धि दरमा परिणाम हुन्छ [68]। यसले बढेको क्रिस्टल भित्रको खाली ठाउँहरू गठन र घोलमा सहज न्यूक्लिएसनलाई बाधा पुर्‍याउँछ, त्यसपछि, एक चिल्लो सतह आकारविज्ञान प्राप्त गर्न सकिन्छ [86]।

यस पत्रले SiC उपकरणहरूको विकास, अनुप्रयोगहरू, र गुणहरू, र SiC एकल क्रिस्टल बढाउने तीन मुख्य विधिहरूको परिचय गराएको छ। निम्न खण्डहरूमा, हालको समाधान वृद्धि प्रविधिहरू र सम्बन्धित प्रमुख प्यारामिटरहरूको समीक्षा गरिएको थियो। अन्तमा, समाधान विधि मार्फत SiC एकल क्रिस्टलहरूको बल्क वृद्धि सम्बन्धी चुनौतीहरू र भविष्यका कार्यहरू बारे छलफल गर्ने दृष्टिकोण प्रस्ताव गरिएको थियो।