Као што је приказано на слици 3, постоје три доминантне технике које имају за циљ да обезбеде монокристал SiC високог квалитета и ефикасности: епитаксија течне фазе (LPE), физички транспорт паре (PVT) и хемијско таложење паре на високој температури (HTCVD). PVT је добро успостављен процес за производњу монокристала SiC, који се широко користи код великих произвођача плочица.
Међутим, сва три процеса се брзо развијају и иновирају. Још увек није могуће проценити који ће процес бити широко усвојен у будућности. Посебно је последњих година објављено да је висококвалитетни монокристал SiC произведен растом у раствору значајном брзином, раст SiC у маси у течној фази захтева нижу температуру него код процеса сублимације или таложења, и показује изврсност у производњи SiC супстрата P-типа (Табела 3) [33, 34].
Сл. 3: Шематски приказ три доминантне технике раста монокристала SiC: (а) епитаксија течне фазе; (б) физички транспорт паре; (ц) хемијско таложење паре на високој температури
Табела 3: Поређење LPE, PVT и HTCNVD за узгој монокристала SiC [33, 34]
Растворни раст је стандардна технологија за припрему сложених полупроводника [36]. Од 1960-их, истраживачи су покушавали да развију кристал у раствору [37]. Када се технологија развије, презасићеност површине раста може се добро контролисати, што чини растворну методу обећавајућом технологијом за добијање висококвалитетних монокристалних ингота.
За раст монокристала SiC у раствору, извор Si потиче од високо чистог растопа Si, док графитни лончић служи двострукој сврси: грејач и извор раствореног C. Монокристали SiC имају већу вероватноћу да расту под идеалним стехиометријским односом када је однос C и Si близу 1, што указује на мању густину дефеката [28]. Међутим, на атмосферском притиску, SiC не показује тачку топљења и директно се разлаже испаравањем на температурама које прелазе око 2.000 °C. Растопљени SiC, према теоријским очекивањима, могу се формирати само под јаким условима, што се види из бинарног фазног дијаграма Si-C (Сл. 4) под утицајем температурног градијента и система раствора. Што је виши C у растопању Si, варира од 1 ат.% до 13 ат.%. Погонска презасићеност C, то је бржа стопа раста, док је ниска сила раста презасићеност C која доминира притиском од 109 Pa и температурама изнад 3.200 °C. Презасићеност може да створи глатку површину [22, 36-38]. На температурама између 1.400 и 2.800 °C, растворљивост C у растопу Si варира од 1 ат.% до 13 ат.%. Покретачка снага раста је презасићеност C која је доминирана температурним градијентом и системом раствора. Што је већа презасићеност C, то је бржа стопа раста, док ниска презасићеност C производи глатку површину [22, 36-38].
Сл. 4: Si-C бинарни фазни дијаграм [40]
Допирање прелазних металних елемената или елемената ретких земаља не само да ефикасно снижава температуру раста, већ изгледа да је једини начин да се драстично побољша растворљивост угљеника у растопу Si. Додавање метала прелазне групе, као што су Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80], итд., или ретких земних метала, као што су Ce [81], Y [82], Sc, итд., у растоп Si омогућава да растворљивост угљеника пређе 50 ат.% у стању блиском термодинамичкој равнотежи. Штавише, LPE техника је погодна за P-тип допирања SiC, што се може постићи легирањем Al у...
растварач [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Међутим, уградња Al доводи до повећања отпорности монокристала SiC P-типа [49, 56]. Поред раста N-типа под допирањем азотом,
Раст раствора се генерално одвија у атмосфери инертног гаса. Иако је хелијум (He) скупљи од аргона, многи научници га фаворизују због ниже вискозности и веће топлотне проводљивости (8 пута веће од аргона) [85]. Брзина миграције и садржај Cr у 4H-SiC су слични у атмосфери He и Ar, доказано је да раст под He резултира већом брзином раста него раст под Ar због веће дисипације топлоте држача семена [68]. He спречава стварање шупљина унутар узгајаног кристала и спонтану нуклеацију у раствору, па се може добити глатка површинска морфологија [86].
Овај рад је представио развој, примене и својства SiC уређаја, као и три главне методе за узгој SiC монокристала. У наредним одељцима, прегледане су тренутне технике раста у раствору и одговарајући кључни параметри. На крају, предложен је преглед изазова и будућих радова у вези са растом SiC монокристала у маси методом раствора.
Време објаве: 01.07.2024.