SiC படிக வளர்ச்சிக்கான மூன்று முக்கிய நுட்பங்கள்

படம் 3 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, SiC ஒற்றை படிகத்தை உயர் தரம் மற்றும் செயல்திறனுடன் வழங்குவதை நோக்கமாகக் கொண்ட மூன்று ஆதிக்க நுட்பங்கள் உள்ளன: திரவ கட்ட எபிடாக்ஸி (LPE), இயற்பியல் நீராவி போக்குவரத்து (PVT) மற்றும் உயர் வெப்பநிலை இரசாயன நீராவி படிவு (HTCVD). PVT என்பது SiC ஒற்றை படிகத்தை உற்பத்தி செய்வதற்கான நன்கு நிறுவப்பட்ட செயல்முறையாகும், இது முக்கிய வேஃபர் உற்பத்தியாளர்களில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

இருப்பினும், மூன்று செயல்முறைகளும் வேகமாக உருவாகி புதுமைகளை உருவாக்கி வருகின்றன. எதிர்காலத்தில் எந்த செயல்முறை பரவலாக ஏற்றுக்கொள்ளப்படும் என்பதை இன்னும் உறுதியாகக் கூற முடியவில்லை. குறிப்பாக, கரைசல் வளர்ச்சியால் கணிசமான விகிதத்தில் உற்பத்தி செய்யப்படும் உயர்தர SiC ஒற்றை படிகம் சமீபத்திய ஆண்டுகளில் பதிவாகியுள்ளது, திரவ கட்டத்தில் SiC மொத்த வளர்ச்சிக்கு பதங்கமாதல் அல்லது படிவு செயல்முறையை விட குறைந்த வெப்பநிலை தேவைப்படுகிறது, மேலும் இது P-வகை SiC அடி மூலக்கூறுகளை உற்பத்தி செய்வதில் சிறந்து விளங்குகிறது (அட்டவணை 3) [33, 34].

படம் 3: மூன்று ஆதிக்கம் செலுத்தும் SiC ஒற்றை படிக வளர்ச்சி நுட்பங்களின் வரைபடம்: (அ) திரவ நிலை எபிடாக்ஸி; (ஆ) இயற்பியல் நீராவி போக்குவரத்து; (இ) உயர் வெப்பநிலை வேதியியல் நீராவி படிவு

அட்டவணை 3: SiC ஒற்றை படிகங்களை வளர்ப்பதற்கான LPE, PVT மற்றும் HTCVD ஆகியவற்றின் ஒப்பீடு [33, 34]

கரைசல் வளர்ச்சி என்பது கூட்டு குறைக்கடத்திகளைத் தயாரிப்பதற்கான ஒரு நிலையான தொழில்நுட்பமாகும் [36]. 1960 களில் இருந்து, ஆராய்ச்சியாளர்கள் கரைசலில் ஒரு படிகத்தை உருவாக்க முயற்சித்துள்ளனர் [37]. தொழில்நுட்பம் உருவாக்கப்பட்டவுடன், வளர்ச்சி மேற்பரப்பின் மிகைப்படுத்தலை நன்கு கட்டுப்படுத்த முடியும், இது தீர்வு முறையை உயர்தர ஒற்றை படிக இங்காட்களைப் பெறுவதற்கான ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய தொழில்நுட்பமாக மாற்றுகிறது.

SiC ஒற்றை படிகத்தின் கரைசல் வளர்ச்சிக்கு, Si மூலமானது மிகவும் தூய்மையான Si உருகலில் இருந்து உருவாகிறது, அதே நேரத்தில் கிராஃபைட் க்ரூசிபிள் இரட்டை நோக்கங்களுக்கு உதவுகிறது: ஹீட்டர் மற்றும் C கரைசல் மூல. C மற்றும் Si இன் விகிதம் 1 க்கு அருகில் இருக்கும்போது SiC ஒற்றை படிகங்கள் சிறந்த ஸ்டோச்சியோமெட்ரிக் விகிதத்தின் கீழ் வளர அதிக வாய்ப்புள்ளது, இது குறைந்த குறைபாடு அடர்த்தியைக் குறிக்கிறது [28]. இருப்பினும், வளிமண்டல அழுத்தத்தில், SiC உருகுநிலையைக் காட்டாது மற்றும் 2,000 °C க்கும் அதிகமான வெப்பநிலையில் ஆவியாதல் மூலம் நேரடியாக சிதைகிறது. கோட்பாட்டு எதிர்பார்ப்புகளின்படி, SiC உருகுவதை, கோட்பாட்டு எதிர்பார்ப்புகளின்படி, கடுமையான நிலையில் மட்டுமே உருவாக்க முடியும், இது வெப்பநிலை சாய்வு மற்றும் கரைசல் அமைப்பால் Si-C பைனரி கட்ட வரைபடத்திலிருந்து (படம் 4) காணப்படுகிறது. Si உருகலில் C அதிகமாக இருந்தால் 1at.% முதல் 13at.% வரை மாறுபடும். இயக்கும் C சூப்பர்சாச்சுரேஷன், வளர்ச்சி விகிதம் வேகமாக இருக்கும், அதே நேரத்தில் வளர்ச்சியின் குறைந்த C விசை C சூப்பர்சாச்சுரேஷன் ஆகும், இது 109 Pa அழுத்தம் மற்றும் 3,200 °C க்கு மேல் வெப்பநிலையை ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது. இது மிகைநிறைவுறுதல் ஒரு மென்மையான மேற்பரப்பை உருவாக்குகிறது [22, 36-38]. 1,400 முதல் 2,800 °C வரை வெப்பநிலையில், Si உருகலில் C இன் கரைதிறன் 1at.% முதல் 13at.% வரை மாறுபடும். வளர்ச்சியின் உந்து சக்தி C மிகைநிறைவுறுதல் ஆகும், இது வெப்பநிலை சாய்வு மற்றும் கரைசல் அமைப்பால் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது. அதிக C மிகைநிறைவுறுதல், வளர்ச்சி விகிதம் வேகமாக இருக்கும், அதே நேரத்தில் குறைந்த C மிகைநிறைவுறுதல் ஒரு மென்மையான மேற்பரப்பை உருவாக்குகிறது [22, 36-38].

படம் 4: Si-C பைனரி கட்ட வரைபடம் [40]

மாற்றம் உலோக கூறுகள் அல்லது அரிய-பூமி கூறுகளை ஊக்கமருந்து செய்வது வளர்ச்சி வெப்பநிலையை திறம்பட குறைப்பது மட்டுமல்லாமல், Si உருகலில் கார்பன் கரைதிறனை வெகுவாக மேம்படுத்துவதற்கான ஒரே வழியாகவும் தெரிகிறது. Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80] போன்ற இடைநிலை குழு உலோகங்களை அல்லது Ce [81], Y [82], Sc, போன்ற அரிய பூமி உலோகங்களை Si உருகலுடன் சேர்ப்பது வெப்ப இயக்கவியல் சமநிலைக்கு நெருக்கமான நிலையில் கார்பன் கரைதிறன் 50at.% ஐ விட அதிகமாக இருக்க அனுமதிக்கிறது. மேலும், LPE நுட்பம் SiC இன் P-வகை ஊக்கமருந்துக்கு சாதகமானது, இது Al ஐ கலப்பதன் மூலம் அடைய முடியும்.
கரைப்பான் [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. இருப்பினும், Al இன் சேர்க்கை P-வகை SiC ஒற்றை படிகங்களின் எதிர்ப்புத் திறனை அதிகரிக்க வழிவகுக்கிறது [49, 56]. நைட்ரஜன் டோப்பிங்கின் கீழ் N-வகை வளர்ச்சியைத் தவிர,

கரைசல் வளர்ச்சி பொதுவாக ஒரு மந்த வாயு வளிமண்டலத்தில் தொடர்கிறது. ஹீலியம் (He) ஆர்கானை விட விலை அதிகம் என்றாலும், அதன் குறைந்த பாகுத்தன்மை மற்றும் அதிக வெப்ப கடத்துத்திறன் (ஆர்கானின் 8 மடங்கு) காரணமாக பல அறிஞர்களால் இது விரும்பப்படுகிறது [85]. 4H-SiC இல் இடம்பெயர்வு விகிதம் மற்றும் Cr உள்ளடக்கம் He மற்றும் Ar வளிமண்டலத்தின் கீழ் ஒத்திருக்கிறது, விதை வைத்திருப்பவரின் அதிக வெப்பச் சிதறல் காரணமாக Ar இன் கீழ் வளர்ச்சியை விட அதிக வளர்ச்சி விகிதத்தில் Heresults இன் கீழ் வளர்ச்சி ஏற்படுகிறது என்பது நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது [68]. வளர்ந்த படிகத்திற்குள் வெற்றிடங்கள் உருவாவதையும் கரைசலில் தன்னிச்சையான அணுக்கருவாக்கத்தையும் அவர் தடுக்கிறார், பின்னர், ஒரு மென்மையான மேற்பரப்பு உருவ அமைப்பைப் பெறலாம் [86].

இந்த ஆய்வறிக்கை SiC சாதனங்களின் வளர்ச்சி, பயன்பாடுகள் மற்றும் பண்புகள் மற்றும் SiC ஒற்றை படிகத்தை வளர்ப்பதற்கான மூன்று முக்கிய முறைகளை அறிமுகப்படுத்தியது. பின்வரும் பிரிவுகளில், தற்போதைய தீர்வு வளர்ச்சி நுட்பங்கள் மற்றும் தொடர்புடைய முக்கிய அளவுருக்கள் மதிப்பாய்வு செய்யப்பட்டன. இறுதியாக, தீர்வு முறை மூலம் SiC ஒற்றை படிகங்களின் மொத்த வளர்ச்சி தொடர்பான சவால்கள் மற்றும் எதிர்கால வேலைகளைப் பற்றி விவாதிக்கும் ஒரு கண்ணோட்டம் முன்மொழியப்பட்டது.