SiC ڪرسٽل جي واڌ لاءِ ٽي اهم طريقا

جيئن شڪل 3 ۾ ڏيکاريل آهي، ٽي غالب طريقا آهن جن جو مقصد SiC سنگل ڪرسٽل کي اعليٰ معيار ۽ ڪارڪردگي فراهم ڪرڻ آهي: مائع مرحلو ايپيٽيڪسي (LPE)، جسماني بخار ٽرانسپورٽ (PVT)، ۽ اعليٰ درجه حرارت ڪيميائي بخار جمع (HTCVD). PVT SiC سنگل ڪرسٽل پيدا ڪرڻ لاءِ هڪ قائم ٿيل عمل آهي، جيڪو وڏين ويفر ٺاهيندڙن ۾ وڏي پيماني تي استعمال ٿيندو آهي.

جڏهن ته، سڀئي ٽي عمل تيزي سان ترقي ڪري رهيا آهن ۽ جدت آڻي رهيا آهن. اهو اڃا تائين ممڪن ناهي ته مستقبل ۾ ڪهڙي عمل کي وڏي پيماني تي اختيار ڪيو ويندو. خاص طور تي، حل جي واڌ سان پيدا ٿيندڙ اعليٰ معيار جي SiC سنگل ڪرسٽل جي تازين سالن ۾ رپورٽ ڪئي وئي آهي، مائع مرحلي ۾ SiC بلڪ واڌ کي سبليميشن يا جمع ڪرڻ جي عمل جي ڀيٽ ۾ گهٽ درجه حرارت جي ضرورت هوندي آهي، ۽ اهو P-قسم جي SiC سبسٽريٽس (ٽيبل 3) [33، 34] پيدا ڪرڻ ۾ شانداريت جو مظاهرو ڪري ٿو.

شڪل 3: ٽن غالب SiC سنگل ڪرسٽل واڌ جي طريقن جي اسڪيميٽڪ: (a) مائع مرحلو ايپيٽيڪسي؛ (b) جسماني بخارات جي نقل و حمل؛ (c) اعليٰ درجه حرارت تي ڪيميائي بخارات جي جمع

ٽيبل 3: SiC سنگل ڪرسٽل جي واڌ لاءِ LPE، PVT ۽ HTCVD جو مقابلو [33، 34]

محلول جي واڌ مرڪب سيمي ڪنڊڪٽر تيار ڪرڻ لاءِ هڪ معياري ٽيڪنالاجي آهي [36]. 1960 جي ڏهاڪي کان وٺي، محقق محلول ۾ ڪرسٽل تيار ڪرڻ جي ڪوشش ڪئي آهي [37]. هڪ ڀيرو ٽيڪنالاجي ترقي ڪئي وئي، واڌ جي مٿاڇري جي سپر سيچوريشن کي چڱي طرح ڪنٽرول ڪري سگهجي ٿو، جيڪو حل جي طريقي کي اعليٰ معيار جي سنگل ڪرسٽل انگوٽ حاصل ڪرڻ لاءِ هڪ اميد افزا ٽيڪنالاجي بڻائي ٿو.

SiC سنگل ڪرسٽل جي محلول جي واڌ ويجهه لاءِ، Si ذريعو انتهائي خالص Si پگھلڻ مان نڪرندو آهي جڏهن ته گريفائيٽ ڪروسيبل ٻٽي مقصد پورا ڪندو آهي: هيٽر ۽ C محلول جو ذريعو. SiC سنگل ڪرسٽل مثالي اسٽوچيوميٽرڪ تناسب هيٺ وڌڻ جو امڪان وڌيڪ هوندو آهي جڏهن C ۽ Si جو تناسب 1 جي ويجهو هوندو آهي، جيڪو گهٽ خرابي جي کثافت کي ظاهر ڪندو آهي [28]. جڏهن ته، فضائي دٻاءُ تي، SiC ڪو به پگھلڻ جو نقطو نه ڏيکاريندو آهي ۽ 2,000 °C کان وڌيڪ گرمي پد تي بخارات ذريعي سڌو سنئون ختم ٿي ويندو آهي. نظرياتي اميدن جي مطابق، SiC پگھلڻ صرف سخت هيٺ ٺهي سگهي ٿو جيڪو Si-C بائنري فيز ڊاگرام (شڪل 4) مان ڏٺو وڃي ٿو جيڪو درجه حرارت جي گريڊينٽ ۽ حل سسٽم ذريعي. Si پگھلڻ ۾ C جيترو وڌيڪ هوندو آهي اهو 1at.% کان 13at.% تائين مختلف هوندو آهي. ڊرائيونگ C سپر سيچريشن، واڌ جي شرح اوتري تيز هوندي آهي، جڏهن ته واڌ جي گهٽ C قوت C سپر سيچريشن آهي جيڪا 109 Pa جي دٻاءُ ۽ 3,200 °C کان مٿي گرمي پد تي حاوي هوندي آهي. اهو سپر سيچوريشن هڪ هموار مٿاڇري پيدا ڪري سگهي ٿو [22, 36-38]. 1,400 ۽ 2,800 °C جي وچ ۾ گرمي پد تي، Si پگھلڻ ۾ C جي حل پذيري 1at.% کان 13at.% تائين مختلف هوندي آهي. واڌ جي محرڪ قوت C سپر سيچوريشن آهي جيڪا گرمي پد جي درجي بندي ۽ حل سسٽم جي غلبي تي آهي. C سپر سيچوريشن جيترو وڌيڪ هوندو، اوترو ئي تيز واڌ جي شرح هوندي، جڏهن ته گهٽ C سپر سيچوريشن هڪ هموار مٿاڇري پيدا ڪندو آهي [22, 36-38].

شڪل 4: سي-سي بائنري فيز ڊاگرام [40]

ڊوپنگ ٽرانزيشن ميٽل ايليمينٽس يا ناياب-ڌرتي عنصر نه رڳو اثرائتي طور تي واڌ جي گرمي پد کي گهٽ ڪن ٿا پر اهو سي ميلٽ ۾ ڪاربن جي حل پذيري کي ڊرامائي طور تي بهتر بڻائڻ جو واحد طريقو لڳي ٿو. سي ميلٽ ۾ منتقلي گروپ جي ڌاتو، جهڙوڪ ٽي [8، 14-16، 19، 40-52]، سي آر [29، 30، 43، 50، 53-75]، ڪو [63، 76]، في [77-80]، وغيره يا ناياب زمين جي ڌاتو، جهڙوڪ سي [81]، وائي [82]، ايس سي، وغيره جو اضافو ڪاربن جي حل پذيري کي ٿرموڊائنامڪ توازن جي ويجهو حالت ۾ 50at.% کان وڌيڪ ڪرڻ جي اجازت ڏئي ٿو. ان کان علاوه، LPE ٽيڪنڪ SiC جي P-قسم جي ڊوپنگ لاءِ سازگار آهي، جيڪا Al کي الائي ۾ شامل ڪري حاصل ڪري سگهجي ٿي.
محلول [50، 53، 56، 59، 64، 71-73، 82، 83]. تاهم، Al جي شموليت P-قسم SiC سنگل ڪرسٽل جي مزاحمت ۾ واڌ جو سبب بڻجي ٿي [49، 56]. نائٽروجن ڊوپنگ جي تحت N-قسم جي واڌ کان علاوه،

محلول جي واڌ عام طور تي هڪ غير فعال گئس واري ماحول ۾ ٿيندي آهي. جيتوڻيڪ هيليئم (He) آرگن کان وڌيڪ مهانگو آهي، پر ان کي ڪيترن ئي عالمن طرفان پسند ڪيو ويندو آهي ڇاڪاڻ ته ان جي گهٽ ويسڪوسيٽي ۽ وڌيڪ حرارتي چالکائي (آرگن جو 8 ڀيرا) [85]. 4H-SiC ۾ لڏپلاڻ جي شرح ۽ Cr مواد He ۽ Ar ماحول ۾ هڪجهڙا آهن، اهو ثابت ٿيو آهي ته هيٺ واڌ ٻج هولڊر جي وڏي گرمي جي ضايع ٿيڻ جي ڪري هيٺ واڌ جي ڀيٽ ۾ وڌيڪ واڌ جي شرح جو نتيجو آهي [68]. اهو وڌايل ڪرسٽل اندر خالي ٺهڻ ۽ محلول ۾ خود بخود نيوڪليشن کي روڪي ٿو، پوءِ، هڪ هموار سطح جي مورفولوجي حاصل ڪري سگهجي ٿي [86].

هن پيپر ۾ SiC ڊوائيسز جي ترقي، ايپليڪيشنون، ۽ خاصيتون، ۽ SiC سنگل ڪرسٽل کي وڌائڻ جا ٽي مکيه طريقا متعارف ڪرايا ويا. ايندڙ حصن ۾، موجوده حل جي واڌ جي ٽيڪنڪ ۽ لاڳاپيل اهم پيرا ميٽرز جو جائزو ورتو ويو. آخرڪار، هڪ نقطه نظر پيش ڪيو ويو جنهن ۾ حل جي طريقي ذريعي SiC سنگل ڪرسٽل جي بلڪ واڌ جي حوالي سان چئلينجن ۽ مستقبل جي ڪمن تي بحث ڪيو ويو.