ଚିତ୍ର 3 ରେ ଦେଖାଯାଇଥିବା ପରି, SiC ସିଙ୍ଗଲ୍ ସ୍ଫଟିକକୁ ଉଚ୍ଚ ଗୁଣବତ୍ତା ଏବଂ ଦକ୍ଷତା ପ୍ରଦାନ କରିବା ପାଇଁ ତିନୋଟି ପ୍ରମୁଖ କୌଶଳ ରହିଛି: ତରଳ ପର୍ଯ୍ୟାୟ ଏପିଟାକ୍ସି (LPE), ଭୌତିକ ବାଷ୍ପ ପରିବହନ (PVT), ଏବଂ ଉଚ୍ଚ-ତାପମାନ ରାସାୟନିକ ବାଷ୍ପ ଜମା (HTCVD)। PVT ହେଉଛି SiC ସିଙ୍ଗଲ୍ ସ୍ଫଟିକ ଉତ୍ପାଦନ ପାଇଁ ଏକ ସୁପ୍ରତିଷ୍ଠିତ ପ୍ରକ୍ରିୟା, ଯାହା ପ୍ରମୁଖ ୱେଫର ନିର୍ମାତାମାନଙ୍କରେ ବହୁଳ ଭାବରେ ବ୍ୟବହୃତ ହୁଏ।
ତଥାପି, ତିନୋଟି ପ୍ରକ୍ରିୟା ଦ୍ରୁତ ଗତିରେ ବିକଶିତ ଏବଂ ନୂତନ ହେଉଛି। ଭବିଷ୍ୟତରେ କେଉଁ ପ୍ରକ୍ରିୟାକୁ ବ୍ୟାପକ ଭାବରେ ଗ୍ରହଣ କରାଯିବ ତାହା ଏପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ଆକଳନ କରିବା ସମ୍ଭବ ନୁହେଁ। ବିଶେଷକରି, ସାମ୍ପ୍ରତିକ ବର୍ଷଗୁଡ଼ିକରେ ଯଥେଷ୍ଟ ହାରରେ ଦ୍ରବଣ ବୃଦ୍ଧି ଦ୍ୱାରା ଉତ୍ପାଦିତ ଉଚ୍ଚ-ଗୁଣବତ୍ତା SiC ଏକକ ସ୍ଫଟିକ ରିପୋର୍ଟ କରାଯାଇଛି, ତରଳ ପର୍ଯ୍ୟାୟରେ SiC ବଲ୍କ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଁ ଉପସମନ କିମ୍ବା ଜମା ପ୍ରକ୍ରିୟା ତୁଳନାରେ କମ୍ ତାପମାତ୍ରା ଆବଶ୍ୟକ ହୁଏ, ଏବଂ ଏହା P-ପ୍ରକାର SiC ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ଉତ୍ପାଦନରେ ଉତ୍କର୍ଷତା ପ୍ରଦର୍ଶନ କରେ (ସାରଣୀ 3) [33, 34]।
ଚିତ୍ର 3: ତିନୋଟି ପ୍ରଭାବଶାଳୀ SiC ଏକକ ସ୍ଫଟିକ ବୃଦ୍ଧି କୌଶଳର ଯୋଜନା: (କ) ତରଳ ପର୍ଯ୍ୟାୟ ଏପିଟାକ୍ସି; (ଖ) ଭୌତିକ ବାଷ୍ପ ପରିବହନ; (ଗ) ଉଚ୍ଚ-ତାପମାନ ରାସାୟନିକ ବାଷ୍ପ ଜମା
ସାରଣୀ 3: SiC ସିଙ୍ଗଲ୍ ସ୍ଫଟିକ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଁ LPE, PVT ଏବଂ HTCVD ର ତୁଳନା [33, 34]
ଦ୍ରବଣ ବୃଦ୍ଧି ହେଉଛି ଯୌଗିକ ଅର୍ଦ୍ଧପରିବାହୀ ପ୍ରସ୍ତୁତ କରିବା ପାଇଁ ଏକ ମାନକ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା [36]। 1960 ଦଶକରୁ, ଗବେଷକମାନେ ଦ୍ରବଣରେ ଏକ ସ୍ଫଟିକ ବିକଶିତ କରିବାକୁ ଚେଷ୍ଟା କରିଛନ୍ତି [37]। ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା ବିକଶିତ ହେବା ପରେ, ବୃଦ୍ଧି ପୃଷ୍ଠର ସୁପରସାଚୁରେସନ୍ ଭଲ ଭାବରେ ନିୟନ୍ତ୍ରିତ ହୋଇପାରିବ, ଯାହା ଦ୍ରବଣ ପଦ୍ଧତିକୁ ଉଚ୍ଚ-ଗୁଣବତ୍ତା ଏକକ ସ୍ଫଟିକ ଇନଗଟ୍ ପାଇବା ପାଇଁ ଏକ ପ୍ରତିଶ୍ରୁତିପୂର୍ଣ୍ଣ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା କରିଥାଏ।
SiC ଏକକ ସ୍ଫଟିକର ଦ୍ରବଣ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଁ, Si ଉତ୍ସ ଅତ୍ୟନ୍ତ ବିଶୁଦ୍ଧ Si ତରଳରୁ ଉତ୍ପନ୍ନ ହୁଏ ଯେତେବେଳେ ଗ୍ରାଫାଇଟ୍ କ୍ରୁସିବଲ୍ ଦୁଇଟି ଉଦ୍ଦେଶ୍ୟ ସାଧନ କରେ: ହିଟର୍ ଏବଂ C ଦ୍ରବଣୀୟ ଉତ୍ସ। C ଏବଂ Si ର ଅନୁପାତ 1 ପାଖାପାଖି ହେଲେ SiC ଏକକ ସ୍ଫଟିକ ଆଦର୍ଶ ଷ୍ଟୋଇକିଓମେଟ୍ରିକ୍ ଅନୁପାତ ଅଧୀନରେ ବଢ଼ିବାର ସମ୍ଭାବନା ଅଧିକ, ଯାହା ଏକ ନିମ୍ନ ତ୍ରୁଟି ଘନତା ସୂଚାଇଥାଏ [28]। ତଥାପି, ବାୟୁମଣ୍ଡଳୀୟ ଚାପରେ, SiC କୌଣସି ତରଳଣ ବିନ୍ଦୁ ଦେଖାଏ ନାହିଁ ଏବଂ ପ୍ରାୟ 2,000 °C ରୁ ଅଧିକ ତାପମାତ୍ରାରେ ବାଷ୍ପୀକରଣ ମାଧ୍ୟମରେ ସିଧାସଳଖ ପଚିଯାଏ। ତାତ୍ତ୍ୱିକ ଆଶା ଅନୁଯାୟୀ SiC ତରଳିବା କେବଳ ଗମ୍ଭୀର ଅବସ୍ଥାରେ ଗଠିତ ହୋଇପାରେ Si-C ବାଇନାରୀ ପର୍ଯ୍ୟାୟ ଚିତ୍ର (ଚିତ୍ର 4) ରୁ ଦେଖାଯାଇପାରେ ଯାହା ତାପମାତ୍ରା ଗ୍ରାଡିଏଣ୍ଟ ଏବଂ ଦ୍ରବଣ ପ୍ରଣାଳୀ ଦ୍ୱାରା ହୋଇଥାଏ। Si ତରଳାଇବାରେ C ଯେତେ ଅଧିକ ହୁଏ ତାହା 1at.% ରୁ 13at.% ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ଭିନ୍ନ ହୋଇଥାଏ। ଡ୍ରାଇଭିଂ C ସୁପରସାଚୁରେସନ୍, ବୃଦ୍ଧି ହାର ସେତେ ଦ୍ରୁତ ହୁଏ, ଯେତେବେଳେ ବୃଦ୍ଧିର ନିମ୍ନ C ବଳ ହେଉଛି C ସୁପରସାଚୁରେସନ୍ ଯାହା 109 Pa ର ଚାପ ଏବଂ 3,200 °C ଉପରେ ତାପମାତ୍ରା ଉପରେ ପ୍ରଭାବ ପକାଇଥାଏ। ଏହା ଏକ ମସୃଣ ପୃଷ୍ଠ ଉତ୍ପାଦନ କରିପାରିବ [22, 36-38]। 1,400 ଏବଂ 2,800 °C ମଧ୍ୟରେ ତାପମାତ୍ରାରେ, Si ତରଳାଇବାରେ C ର ଦ୍ରବଣୀୟତା 1at.% ରୁ 13at.% ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ଭିନ୍ନ ହୋଇଥାଏ। ବୃଦ୍ଧିର ପ୍ରେରଣା ଶକ୍ତି ହେଉଛି C ସୁପରସାଚୁରେସନ୍ ଯାହା ତାପମାତ୍ରା ଗ୍ରାଡିଏଣ୍ଟ ଏବଂ ଦ୍ରବଣ ପ୍ରଣାଳୀ ଦ୍ୱାରା ପ୍ରଭାବିତ। C ସୁପରସାଚୁରେସନ୍ ଯେତେ ଅଧିକ ହେବ, ବୃଦ୍ଧି ହାର ସେତେ ଦ୍ରୁତ ହେବ, ଯେତେବେଳେ କମ୍ C ସୁପରସାଚୁରେସନ୍ ଏକ ମସୃଣ ପୃଷ୍ଠ ଉତ୍ପାଦନ କରିବ [22, 36-38]।
ଚିତ୍ର ୪: Si-C ବାଇନାରୀ ପର୍ଯ୍ୟାୟ ଚିତ୍ର [40]
ଡୋପିଂ ଟ୍ରାଞ୍ଜିସନ୍ ଧାତୁ ଉପାଦାନ କିମ୍ବା ବିରଳ-ପୃଥିବୀ ଉପାଦାନଗୁଡ଼ିକ କେବଳ ବୃଦ୍ଧି ତାପମାତ୍ରାକୁ ପ୍ରଭାବଶାଳୀ ଭାବରେ ହ୍ରାସ କରେ ନାହିଁ ବରଂ Si ତରଳାଇବାରେ କାର୍ବନ ଦ୍ରବଣୀୟତାକୁ ବ୍ୟାପକ ଭାବରେ ଉନ୍ନତ କରିବାର ଏକମାତ୍ର ଉପାୟ ପରି ମନେହୁଏ। ଟ୍ରାଞ୍ଜିସନ୍ ଗୋଷ୍ଠୀ ଧାତୁ, ଯେପରିକି Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80], ଇତ୍ୟାଦି କିମ୍ବା Ce [81], Y [82], Sc, ଇତ୍ୟାଦି ବିରଳ ପୃଥିବୀ ଧାତୁଗୁଡ଼ିକୁ Si ତରଳାଇବାରେ ଯୋଡିବା ଦ୍ଵାରା ଥର୍ମୋଡାଇନାମିକ୍ ସନ୍ତୁଳନ ନିକଟରେ ଏକ ଅବସ୍ଥାରେ କାର୍ବନ ଦ୍ରବଣୀୟତା 50at.% ଅତିକ୍ରମ କରିବାକୁ ଅନୁମତି ମିଳେ। ଅଧିକନ୍ତୁ, LPE କୌଶଳ SiC ର P-ପ୍ରକାର ଡୋପିଂ ପାଇଁ ଅନୁକୂଳ, ଯାହା Al କୁ ମିଶ୍ରଣ କରି ହାସଲ କରାଯାଇପାରିବ।
ଦ୍ରାବକ [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]। ତଥାପି, Al ର ଅନ୍ତର୍ଭୁକ୍ତିକରଣ P-ପ୍ରକାର SiC ଏକକ ସ୍ଫଟିକର ପ୍ରତିରୋଧକତାରେ ବୃଦ୍ଧି ଘଟେ [49, 56]। ନାଇଟ୍ରୋଜେନ୍ ଡୋପିଂ ଅଧୀନରେ N-ପ୍ରକାର ବୃଦ୍ଧି ବ୍ୟତୀତ,
ଦ୍ରବଣ ବୃଦ୍ଧି ସାଧାରଣତଃ ଏକ ନିଷ୍କ୍ରିୟ ଗ୍ୟାସ ବାୟୁମଣ୍ଡଳରେ ହୁଏ। ଯଦିଓ ହିଲିୟମ (He) ଆର୍ଗନ୍ ଅପେକ୍ଷା ଅଧିକ ମହଙ୍ଗା, ଏହାର କମ୍ ସାନ୍ଦ୍ରତା ଏବଂ ଅଧିକ ତାପଜ ପରିବାହୀତା (ଆର୍ଗନ୍ ଅପେକ୍ଷା 8 ଗୁଣ) [85] ହେତୁ ଏହାକୁ ଅନେକ ବିଦ୍ୱାନ ପସନ୍ଦ କରନ୍ତି। 4H-SiC ରେ ସ୍ଥାନାନ୍ତରଣ ହାର ଏବଂ Cr ବିଷୟବସ୍ତୁ He ଏବଂ Ar ବାୟୁମଣ୍ଡଳ ଅଧୀନରେ ସମାନ, ଏହା ପ୍ରମାଣିତ ହୋଇଛି ଯେ ବୀଜ ଧାରକଙ୍କ ଅଧିକ ତାପ ଅପଚୟ ହେତୁ ହେରେସଲ୍ସ ଅଧୀନରେ ବୃଦ୍ଧି Ar ଅଧୀନରେ ବୃଦ୍ଧି ଅପେକ୍ଷା ଅଧିକ ବୃଦ୍ଧି ହାରରେ ପରିଣତ ହୁଏ [68]। ସେ ବଢ଼ୁଥିବା ସ୍ଫଟିକ ଭିତରେ ଶୂନ୍ୟସ୍ଥାନ ଗଠନ ଏବଂ ଦ୍ରବଣରେ ସ୍ୱତଃସ୍ଫୂର୍ତ୍ତ ନ୍ୟୁକ୍ଲିଏସନ୍ ବାଧା ସୃଷ୍ଟି କରନ୍ତି, ତା'ପରେ, ଏକ ମସୃଣ ପୃଷ୍ଠ ଆକୃତି ପ୍ରାପ୍ତ କରାଯାଇପାରିବ [86]।
ଏହି ପତ୍ରିକାରେ SiC ଡିଭାଇସଗୁଡ଼ିକର ବିକାଶ, ପ୍ରୟୋଗ ଏବଂ ଗୁଣଧର୍ମ ଏବଂ SiC ସିଙ୍ଗଲ୍ ସ୍ଫଟିକ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଁ ତିନୋଟି ମୁଖ୍ୟ ପଦ୍ଧତି ବିଷୟରେ ଆଲୋଚନା କରାଯାଇଥିଲା। ପରବର୍ତ୍ତୀ ବିଭାଗଗୁଡ଼ିକରେ, ବର୍ତ୍ତମାନର ସମାଧାନ ବୃଦ୍ଧି କୌଶଳ ଏବଂ ଅନୁରୂପ ପ୍ରମୁଖ ପାରାମିଟରଗୁଡ଼ିକର ସମୀକ୍ଷା କରାଯାଇଥିଲା। ଶେଷରେ, ଏକ ଦୃଷ୍ଟିକୋଣ ପ୍ରସ୍ତାବିତ ହୋଇଥିଲା ଯେଉଁଥିରେ ସମାଧାନ ପଦ୍ଧତି ମାଧ୍ୟମରେ SiC ସିଙ୍ଗଲ୍ ସ୍ଫଟିକର ବଲ୍କ ବୃଦ୍ଧି ସମ୍ପର୍କରେ ଚ୍ୟାଲେଞ୍ଜ ଏବଂ ଭବିଷ୍ୟତ କାର୍ଯ୍ୟ ବିଷୟରେ ଆଲୋଚନା କରାଯାଇଥିଲା।
ପୋଷ୍ଟ ସମୟ: ଜୁଲାଇ-୦୧-୨୦୨୪