Siç tregohet në Fig. 3, ekzistojnë tre teknika mbizotëruese që synojnë të sigurojnë kristal të vetëm SiC me cilësi dhe efikasitet të lartë: epitaksi në fazën e lëngshme (LPE), transporti fizik i avujve (PVT) dhe depozitimi kimik i avujve në temperaturë të lartë (HTCVD). PVT është një proces i mirënjohur për prodhimin e kristalit të vetëm SiC, i cili përdoret gjerësisht në prodhuesit kryesorë të pllakave të pllakave.
Megjithatë, të tre proceset po evoluojnë dhe po sjellin inovacion me shpejtësi. Ende nuk është e mundur të thuhet se cili proces do të përdoret gjerësisht në të ardhmen. Veçanërisht, vitet e fundit është raportuar një kristal i vetëm SiC me cilësi të lartë i prodhuar nga rritja në tretësirë me një shpejtësi të konsiderueshme, rritja masive e SiC në fazën e lëngshme kërkon një temperaturë më të ulët se ajo e procesit të sublimimit ose depozitimit, dhe demonstron përsosmëri në prodhimin e substrateve SiC të tipit P (Tabela 3) [33, 34].
Fig. 3: Skema e tre teknikave mbizotëruese të rritjes së kristaleve të vetme SiC: (a) epitaksi në fazën e lëngshme; (b) transporti fizik i avujve; (c) depozitimi kimik i avujve në temperaturë të lartë
Tabela 3: Krahasimi i LPE, PVT dhe HTCVD për rritjen e kristaleve të vetme SiC [33, 34]
Rritja në tretësirë është një teknologji standarde për përgatitjen e gjysmëpërçuesve të përbërë [36]. Që nga vitet 1960, studiuesit janë përpjekur të zhvillojnë një kristal në tretësirë [37]. Pasi të zhvillohet teknologjia, mbingopja e sipërfaqes së rritjes mund të kontrollohet mirë, gjë që e bën metodën e tretësirës një teknologji premtuese për marrjen e lingotave me kristal të vetëm me cilësi të lartë.
Për rritjen në tretësirë të monokristalit SiC, burimi i Si rrjedh nga shkrirja shumë e pastër e Si, ndërsa ena e grafitit shërben për qëllime të dyfishta: ngrohës dhe burim i tretësirës C. Kristalet e vetme të SiC kanë më shumë gjasa të rriten nën raportin ideal stekiometrik kur raporti i C dhe Si është afër 1, duke treguar një dendësi më të ulët defektesh [28]. Megjithatë, në presion atmosferik, SiC nuk tregon pikë shkrirjeje dhe zbërthehet direkt nëpërmjet avullimit në temperatura që tejkalojnë rreth 2,000 °C. Shkrirjet e SiC, sipas pritjeve teorike, mund të formohen vetëm në kushte të rënda, siç shihet nga diagrami binar i fazës Si-C (Fig. 4) se në gradientin e temperaturës dhe sistemin e tretësirës. Sa më i lartë të jetë C në shkrirjen e Si, aq më e shpejtë është shkalla e rritjes, ndërsa forca e ulët e rritjes është superngopja e C që dominohet nga presioni prej 109 Pa dhe temperaturat mbi 3,200 °C. Mbingopja mund të prodhojë një sipërfaqe të lëmuar [22, 36-38]. Në temperatura midis 1,400 dhe 2,800 °C, tretshmëria e C në shkrirjen e Si varion nga 1 at.% në 13 at.%. Forca lëvizëse e rritjes është mbingopja e C që dominohet nga gradienti i temperaturës dhe sistemi i tretësirës. Sa më e lartë të jetë mbingopja e C, aq më e shpejtë është shkalla e rritjes, ndërsa mbingopja e ulët e C prodhon një sipërfaqe të lëmuar [22, 36-38].
Fig. 4: Diagrama e fazës binare Si-C [40]
Dopimi i elementeve të metaleve të tranzicionit ose elementeve të tokës së rrallë jo vetëm që ul në mënyrë efektive temperaturën e rritjes, por duket se është e vetmja mënyrë për të përmirësuar në mënyrë drastike tretshmërinë e karbonit në shkrirjen e Si. Shtimi i metaleve të grupit të tranzicionit, siç janë Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80], etj., ose metaleve të tokës së rrallë, siç janë Ce [81], Y [82], Sc, etj., në shkrirjen e Si lejon që tretshmëria e karbonit të kalojë 50 at.% në një gjendje afër ekuilibrit termodinamik. Për më tepër, teknika LPE është e favorshme për dopimin e SiC të tipit P, i cili mund të arrihet duke lidhur Al në
tretës [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Megjithatë, përfshirja e Al çon në një rritje të rezistencës së kristaleve të vetme SiC të tipit P [49, 56]. Përveç rritjes së tipit N nën dopimin e azotit,
Rritja në tretësirë përgjithësisht zhvillohet në një atmosferë gazi inert. Edhe pse heliumi (He) është më i shtrenjtë se argoni, ai preferohet nga shumë studiues për shkak të viskozitetit të tij më të ulët dhe përçueshmërisë termike më të lartë (8 herë më e lartë se argoni) [85]. Shkalla e migrimit dhe përmbajtja e Cr në 4H-SiC janë të ngjashme në atmosferën He dhe Ar, është vërtetuar se rritja nën këtë rezulton në një shkallë më të lartë rritjeje sesa rritja nën Ar për shkak të shpërndarjes më të madhe të nxehtësisë së mbajtësit të farës [68]. Ai pengon formimin e boshllëqeve brenda kristalit të rritur dhe bërthamëzimin spontan në tretësirë, atëherë mund të merret një morfologji sipërfaqësore e lëmuar [86].
Ky punim prezantoi zhvillimin, aplikimet dhe vetitë e pajisjeve SiC, si dhe tre metodat kryesore për rritjen e kristalit të vetëm SiC. Në seksionet vijuese, u shqyrtuan teknikat aktuale të rritjes në tretësirë dhe parametrat kryesorë përkatës. Së fundmi, u propozua një perspektivë që diskutoi sfidat dhe punët e ardhshme në lidhje me rritjen në masë të kristaleve të vetëm SiC nëpërmjet metodës së tretësirës.
Koha e postimit: 01 korrik 2024