Sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar 3, aya tilu téknik dominan anu tujuanana pikeun nyayogikeun kristal tunggal SiC kalayan kualitas sareng efisiensi anu luhur: epitaksi fase cair (LPE), transportasi uap fisik (PVT), sareng déposisi uap kimia suhu luhur (HTCVD). PVT mangrupikeun prosés anu parantos lami pikeun ngahasilkeun kristal tunggal SiC, anu seueur dianggo di produsén wafer utama.
Nanging, sadaya tilu prosés ieu gancang mekar sareng inovatif. Tacan mungkin pikeun nangtoskeun prosés mana anu bakal diadopsi sacara lega di hareup. Utamana, kristal tunggal SiC kualitas luhur anu dihasilkeun ku kamekaran larutan dina laju anu lumayan parantos dilaporkeun dina sababaraha taun terakhir, kamekaran massal SiC dina fase cair meryogikeun suhu anu langkung handap tibatan prosés sublimasi atanapi déposisi, sareng éta nunjukkeun kaunggulan dina ngahasilkeun substrat SiC tipe-P (Tabel 3) [33, 34].
Gambar 3: Skéma tina tilu téknik kamekaran kristal tunggal SiC anu dominan: (a) epitaksi fase cair; (b) transportasi uap fisik; (c) déposisi uap kimia suhu luhur
Tabel 3: Babandingan LPE, PVT sareng HTCVD pikeun numuwuhkeun kristal tunggal SiC [33, 34]
Tumuwuhna larutan mangrupikeun téknologi standar pikeun nyiapkeun semikonduktor sanyawa [36]. Saprak taun 1960-an, para panaliti parantos nyobian ngembangkeun kristal dina larutan [37]. Sakali téknologi ieu dimekarkeun, supersaturasi permukaan tumuhna tiasa dikontrol kalayan saé, anu ngajantenkeun metode larutan janten téknologi anu ngajangjikeun pikeun kéngingkeun ingot kristal tunggal anu kualitasna luhur.
Pikeun kamekaran larutan kristal tunggal SiC, sumber Si asalna tina lebur Si anu murni pisan sedengkeun wadah grafit ngagaduhan dua tujuan: pemanas sareng sumber zat terlarut C. Kristal tunggal SiC langkung condong tumuwuh dina babandingan stoikiometri anu idéal nalika babandingan C sareng Si caket kana 1, nunjukkeun kapadetan cacad anu langkung handap [28]. Nanging, dina tekenan atmosfir, SiC henteu nunjukkeun titik lebur sareng langsung terurai ngalangkungan penguapan dina suhu anu ngaleuwihan sakitar 2.000 °C. Lebur SiC, numutkeun ekspektasi téoritis, ngan ukur tiasa kabentuk dina kaayaan anu parah anu tiasa ditingali tina diagram fase binér Si-C (Gambar 4) anu dumasar kana gradien suhu sareng sistem larutan. Beuki luhur C dina lebur Si rupa-rupa ti 1at.% dugi ka 13at.%. Supersaturasi C anu nyetir, beuki gancang laju kamekaran, sedengkeun gaya C anu handap tina kamekaran nyaéta supersaturasi C anu didominasi tekanan 109 Pa sareng suhu di luhur 3.200 °C. Dina suhu antara 1.400 sareng 2.800 °C, kalarutan C dina lebur Si rupa-rupa ti 1 at.% dugi ka 13 at.%. Gaya pendorong kamekaran nyaéta C supersaturasi anu didominasi ku gradien suhu sareng sistem larutan. Beuki luhur C supersaturasi, beuki gancang laju kamekaran, sedengkeun C supersaturasi anu handap ngahasilkeun permukaan anu lemes [22, 36-38].
Gambar 4: Diagram fase binér Si-C [40]
Ngadoping unsur logam transisi atanapi unsur tanah jarang henteu ngan ukur sacara efektif nurunkeun suhu kamekaran tapi sigana hiji-hijina cara pikeun ningkatkeun kalarutan karbon sacara drastis dina lebur Si. Panambahan logam gugus transisi, sapertos Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80], jsb. atanapi logam tanah jarang, sapertos Ce [81], Y [82], Sc, jsb. kana lebur Si ngamungkinkeun kalarutan karbon ngaleuwihan 50at.% dina kaayaan anu caket kana kasaimbangan termodinamika. Leuwih ti éta, téknik LPE nguntungkeun pikeun doping tipe-P tina SiC, anu tiasa kahontal ku cara ngahijikeun Al kana
pangleyur [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Nanging, penggabungan Al nyababkeun paningkatan résistansi kristal tunggal SiC tipe-P [49, 56]. Salian ti kamekaran tipe-N dina doping nitrogén,
Tumuwuhna larutan umumna lumangsung dina atmosfir gas inert. Sanaos hélium (He) langkung mahal tibatan argon, éta dipikaresep ku seueur sarjana kusabab viskositasna anu langkung handap sareng konduktivitas termal anu langkung luhur (8 kali argon) [85]. Laju migrasi sareng eusi Cr dina 4H-SiC sami dina atmosfir He sareng Ar, kabuktian yén tumuh dina Here ngahasilkeun laju tumuh anu langkung luhur tibatan tumuh dina Ar kusabab disipasi panas anu langkung ageung tina wadah siki [68]. He ngahalangan formasi rongga di jero kristal anu dipelak sareng nukleasi spontan dina larutan, teras, morfologi permukaan anu lemes tiasa didapet [86].
Makalah ieu ngenalkeun pamekaran, aplikasi, sareng sipat alat SiC, sareng tilu metode utama pikeun melak kristal tunggal SiC. Dina bagian-bagian salajengna, téknik melak solusi ayeuna sareng parameter konci anu saluyu diulas. Pamungkas, hiji pandangan diajukeun anu ngabahas tantangan sareng padamelan ka hareup ngeunaan melak kristal tunggal SiC sacara massal ngalangkungan metode larutan.
Waktos posting: 01-Jul-2024