SiC படிக வளர்ச்சிக்கான மூன்று முக்கிய நுட்பங்கள்

படம் 3-இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, உயர் தரம் மற்றும் செயல்திறனுடன் SiC ஒற்றைப் படிகத்தை வழங்குவதை நோக்கமாகக் கொண்ட மூன்று முக்கிய நுட்பங்கள் உள்ளன: திரவ நிலை எபிடாக்ஸி (LPE), இயற்பியல் ஆவிப் போக்குவரத்து (PVT), மற்றும் உயர்-வெப்பநிலை வேதியியல் ஆவிப் படிவு (HTCVD). PVT என்பது SiC ஒற்றைப் படிகத்தை உற்பத்தி செய்வதற்கான நன்கு நிறுவப்பட்ட ஒரு செயல்முறையாகும், இது முக்கிய வேஃபர் உற்பத்தியாளர்களால் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

இருப்பினும், இந்த மூன்று செயல்முறைகளும் வேகமாக வளர்ந்து புதுமைகளை புகுத்தி வருகின்றன. எதிர்காலத்தில் எந்த செயல்முறை பரவலாக ஏற்றுக்கொள்ளப்படும் என்பதை இன்னும் உறுதியாகக் கூற முடியவில்லை. குறிப்பாக, சமீபத்திய ஆண்டுகளில் கரைசல் வளர்ச்சி மூலம் கணிசமான விகிதத்தில் உயர்தர SiC ஒற்றை படிகம் உற்பத்தி செய்யப்படுவது அறிவிக்கப்பட்டுள்ளது, திரவ நிலையில் SiC மொத்த வளர்ச்சிக்கு பதங்கமாதல் அல்லது படிதல் செயல்முறையை விட குறைந்த வெப்பநிலை தேவைப்படுகிறது, மேலும் இது P-வகை SiC அடி மூலக்கூறுகளை (அட்டவணை 3) [33, 34] தயாரிப்பதில் சிறந்து விளங்குகிறது.

படம் 3: மூன்று முக்கிய SiC ஒற்றைப் படிக வளர்ச்சி நுட்பங்களின் திட்டப்படம்: (அ) திரவ நிலை எபிடாக்ஸி; (ஆ) இயற்பியல் ஆவிப் போக்குவரத்து; (இ) உயர்-வெப்பநிலை வேதியியல் ஆவிப் படிவு.

அட்டவணை 3: SiC ஒற்றை படிகங்களை வளர்ப்பதற்கான LPE, PVT மற்றும் HTCVD 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 மிகைநிறைவை நன்கு கட்டுப்படுத்த முடியும், இது உயர்தர ஒற்றை படிக இங்காட்களைப் பெறுவதற்கு கரைசல் முறையை ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய தொழில்நுட்பமாக ஆக்குகிறது.

SiC ஒற்றைப் படிகத்தின் கரைசல் வளர்ச்சிக்கு, Si மூலமானது மிகவும் தூய்மையான Si உருக்கிலிருந்து பெறப்படுகிறது, அதே நேரத்தில் கிராஃபைட் மூசையானது வெப்பமூட்டி மற்றும் C கரைபொருள் மூலம் என இரட்டை நோக்கங்களுக்குப் பயன்படுகிறது. C மற்றும் Si-இன் விகிதம் 1-க்கு அருகில் இருக்கும்போது, ​​சிறந்த ஸ்டோக்கியோமெட்ரிக் விகிதத்தின் கீழ் SiC ஒற்றைப் படிகங்கள் வளர அதிக வாய்ப்புள்ளது, இது குறைந்த குறைபாடு அடர்த்தியைக் குறிக்கிறது [28]. இருப்பினும், வளிமண்டல அழுத்தத்தில், SiC-க்கு உருகுநிலை இல்லை மற்றும் சுமார் 2,000 °C-க்கு அதிகமான வெப்பநிலையில் ஆவியாதல் மூலம் நேரடியாக சிதைவடைகிறது. கோட்பாட்டு எதிர்பார்ப்புகளின்படி, SiC உருக்கல்கள் கடுமையான வெப்பநிலை சாய்வு மற்றும் கரைசல் அமைப்பின் கீழ் மட்டுமே உருவாக முடியும் என்பதை Si-C இரும நிலை வரைபடத்திலிருந்து (படம் 4) காணலாம். Si உருக்கலில் C-இன் அளவு 1 அணுசதவீதம் முதல் 13 அணுசதவீதம் வரை மாறுபடும். C மிகைசெறிவூட்டலே வளர்ச்சியின் உந்து சக்தியாகும், அதே நேரத்தில் குறைந்த C மிகைசெறிவூட்டலே ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது. மீசெறிவூட்டல் ஒரு மென்மையான மேற்பரப்பை உருவாக்குகிறது [22, 36-38]. 1,400 மற்றும் 2,800 °C க்கு இடையிலான வெப்பநிலையில், Si உருக்கலில் C இன் கரைதிறன் 1 அணு.% முதல் 13 அணு.% வரை மாறுபடும். வளர்ச்சியின் உந்து சக்தி C மீசெறிவூட்டல் ஆகும், இது வெப்பநிலை சாய்வு மற்றும் கரைசல் அமைப்பால் ஆதிக்கம் செலுத்தப்படுகிறது. C மீசெறிவூட்டல் அதிகமாக இருந்தால், வளர்ச்சி விகிதம் வேகமாக இருக்கும், அதே நேரத்தில் குறைந்த C மீசெறிவூட்டல் ஒரு மென்மையான மேற்பரப்பை உருவாக்குகிறது [22, 36-38].

படம் 4: Si-C இரும நிலை வரைபடம் [40]

இடைநிலை உலோகத் தனிமங்கள் அல்லது அரிமண் தனிமங்களைச் சேர்ப்பது, வளர்ச்சி வெப்பநிலையைத் திறம்படக் குறைப்பது மட்டுமல்லாமல், Si உருக்கலில் கார்பனின் கரைதிறனைப் பெருமளவில் மேம்படுத்துவதற்கான ஒரே வழியாகவும் தோன்றுகிறது. Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80] போன்ற இடைநிலை உலோகக் குழுக்களையோ அல்லது Ce [81], Y [82], Sc போன்ற அரிமண் உலோகங்களையோ Si உருக்கலில் சேர்ப்பது, வெப்ப இயக்கவியல் சமநிலைக்கு நெருக்கமான நிலையில் கார்பனின் கரைதிறன் 50 அணுசதவீதத்தைத் தாண்ட அனுமதிக்கிறது. மேலும், LPE நுட்பம் SiC-இன் P-வகை கலப்பிற்கு உகந்தது, இதை Al-ஐ Si உருக்கலில் கலப்புலோகம் செய்வதன் மூலம் அடையலாம்.
கரைப்பான் [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. இருப்பினும், Al-ஐ இணைப்பது P-வகை SiC ஒற்றைப் படிகங்களின் மின்தடையை அதிகரிக்க வழிவகுக்கிறது [49, 56]. நைட்ரஜன் கலப்பின் கீழ் N-வகை வளர்ச்சியைத் தவிர,

கரைசல் வளர்ச்சி பொதுவாக ஒரு மந்த வாயுச் சூழலில் நடைபெறுகிறது. ஆர்கானை விட ஹீலியம் (He) விலை உயர்ந்ததாக இருந்தாலும், அதன் குறைந்த பாகுத்தன்மை மற்றும் அதிக வெப்பக் கடத்துத்திறன் (ஆர்கானை விட 8 மடங்கு) காரணமாக பல அறிஞர்களால் இது விரும்பப்படுகிறது [85]. 4H-SiC இல் இடம்பெயர்வு விகிதம் மற்றும் Cr உள்ளடக்கம் ஆகியவை He மற்றும் Ar சூழலில் ஒரே மாதிரியாக உள்ளன, விதை தாங்கியின் அதிக வெப்பச் சிதறல் காரணமாக Ar இன் கீழ் வளர்ச்சியை விட He இன் கீழ் வளர்ச்சி அதிக வளர்ச்சி விகிதத்தை விளைவிக்கிறது என்பது நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது [68]. He வளர்ந்த படிகத்திற்குள் வெற்றிடங்கள் உருவாவதையும் கரைசலில் தன்னிச்சையான கருவாக்கத்தையும் தடுக்கிறது, பின்னர், ஒரு மென்மையான மேற்பரப்பு உருவமைப்பைப் பெறலாம் [86].

இந்தக் கட்டுரை SiC சாதனங்களின் உருவாக்கம், பயன்பாடுகள், பண்புகள் மற்றும் SiC ஒற்றைப் படிகத்தை வளர்ப்பதற்கான மூன்று முக்கிய முறைகளை அறிமுகப்படுத்தியது. பின்வரும் பிரிவுகளில், தற்போதைய கரைசல் வழி வளர்ச்சி நுட்பங்களும் அவற்றுடன் தொடர்புடைய முக்கிய அளவுருக்களும் மதிப்பாய்வு செய்யப்பட்டன. இறுதியாக, கரைசல் முறை மூலம் SiC ஒற்றைப் படிகங்களை மொத்தமாக வளர்ப்பதில் உள்ள சவால்கள் மற்றும் எதிர்காலப் பணிகள் குறித்து விவாதிக்கும் ஒரு கண்ணோட்டம் முன்மொழியப்பட்டது.