SiC స్ఫటిక వృద్ధికి మూడు ప్రధాన పద్ధతులు

పటం 3లో చూపిన విధంగా, అధిక నాణ్యత మరియు సామర్థ్యంతో SiC సింగిల్ క్రిస్టల్‌ను అందించే లక్ష్యంతో మూడు ప్రధాన పద్ధతులు ఉన్నాయి: లిక్విడ్ ఫేజ్ ఎపిటాక్సీ (LPE), ఫిజికల్ వేపర్ ట్రాన్స్‌పోర్ట్ (PVT), మరియు హై-టెంపరేచర్ కెమికల్ వేపర్ డిపోజిషన్ (HTCVD). SiC సింగిల్ క్రిస్టల్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి PVT ఒక సుస్థిరమైన ప్రక్రియ, దీనిని ప్రధాన వేఫర్ తయారీదారులు విస్తృతంగా ఉపయోగిస్తున్నారు.

అయితే, ఈ మూడు ప్రక్రియలు వేగంగా అభివృద్ధి చెందుతూ, నూతన ఆవిష్కరణలు చేస్తున్నాయి. భవిష్యత్తులో ఏ ప్రక్రియ విస్తృతంగా ఆమోదించబడుతుందో చెప్పడం ఇంకా సాధ్యం కాదు. ముఖ్యంగా, ఇటీవలి సంవత్సరాలలో ద్రావణ వృద్ధి ద్వారా గణనీయమైన రేటుతో ఉత్పత్తి చేయబడిన అధిక-నాణ్యత SiC సింగిల్ క్రిస్టల్ గురించి నివేదించబడింది, ద్రవ దశలో SiC బల్క్ వృద్ధికి సబ్లిమేషన్ లేదా డిపోజిషన్ ప్రక్రియ కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రత అవసరం, మరియు ఇది P-రకం SiC సబ్‌స్ట్రేట్‌లను ఉత్పత్తి చేయడంలో శ్రేష్ఠతను ప్రదర్శిస్తుంది (పట్టిక 3) [33, 34].

పటం 3: మూడు ప్రధాన SiC సింగిల్ క్రిస్టల్ వృద్ధి పద్ధతుల రేఖాచిత్రం: (ఎ) ద్రవ దశ ఎపిటాక్సీ; (బి) భౌతిక ఆవిరి రవాణా; (సి) అధిక-ఉష్ణోగ్రత రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ

పట్టిక 3: SiC సింగిల్ క్రిస్టల్స్ పెంచడానికి LPE, PVT మరియు HTCVD ల పోలిక [33, 34]

సమ్మేళన సెమీకండక్టర్లను తయారు చేయడానికి ద్రావణ వృద్ధి ఒక ప్రామాణిక సాంకేతికత [36]. 1960ల నుండి, పరిశోధకులు ద్రావణంలో ఒక స్ఫటికాన్ని అభివృద్ధి చేయడానికి ప్రయత్నించారు [37]. ఈ సాంకేతికత అభివృద్ధి చెందిన తర్వాత, వృద్ధి ఉపరితలం యొక్క సూపర్‌శాచురేషన్‌ను బాగా నియంత్రించవచ్చు, ఇది అధిక-నాణ్యత గల సింగిల్ క్రిస్టల్ ఇంగోట్‌లను పొందడానికి ద్రావణ పద్ధతిని ఒక ఆశాజనకమైన సాంకేతికతగా చేస్తుంది.

SiC సింగిల్ క్రిస్టల్ యొక్క ద్రావణ వృద్ధికి, Si మూలం అత్యంత స్వచ్ఛమైన Si ద్రవం నుండి వస్తుంది, అయితే గ్రాఫైట్ క్రూసిబుల్ రెండు ప్రయోజనాలను అందిస్తుంది: హీటర్ మరియు C ద్రావణ మూలం. C మరియు Si నిష్పత్తి 1కి దగ్గరగా ఉన్నప్పుడు SiC సింగిల్ క్రిస్టల్స్ ఆదర్శ స్టోయికియోమెట్రిక్ నిష్పత్తిలో పెరిగే అవకాశం ఉంది, ఇది తక్కువ లోప సాంద్రతను సూచిస్తుంది [28]. అయితే, వాతావరణ పీడనం వద్ద, SiC ద్రవీభవన స్థానాన్ని చూపదు మరియు సుమారు 2,000 °C మించిన ఉష్ణోగ్రతల వద్ద నేరుగా బాష్పీభవనం ద్వారా విచ్ఛిన్నమవుతుంది. సైద్ధాంతిక అంచనాల ప్రకారం, SiC ద్రవాలు తీవ్రమైన ఉష్ణోగ్రత ప్రవణత మరియు ద్రావణ వ్యవస్థ కింద మాత్రమే ఏర్పడతాయి. Si ద్రవంలో C శాతం 1at.% నుండి 13at.% వరకు మారుతుంది. C సూపర్‌శాచురేషన్ ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, వృద్ధి రేటు అంత వేగంగా ఉంటుంది, అయితే తక్కువ C వృద్ధికి కారణం 109 Pa పీడనం మరియు 3,200 °C కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఆధిపత్యం చెలాయించే C సూపర్‌శాచురేషన్. 1,400 మరియు 2,800 °C మధ్య ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, Si ద్రవంలో C యొక్క ద్రావణీయత 1at.% నుండి 13at.% వరకు మారుతుంది. పెరుగుదలకు చోదక శక్తి C అతిసంతృప్తత, ఇది ఉష్ణోగ్రత ప్రవణత మరియు ద్రావణ వ్యవస్థచే ఆధిపత్యం చెలాయిస్తుంది. C అతిసంతృప్తత ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, పెరుగుదల రేటు అంత వేగంగా ఉంటుంది, అయితే తక్కువ C అతిసంతృప్తత నునుపైన ఉపరితలాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది [22, 36-38].

పటం 4: Si-C బైనరీ ఫేజ్ రేఖాచిత్రం [40]

పరివర్తన లోహ మూలకాలు లేదా అరుదైన-భూమి మూలకాలను డోపింగ్ చేయడం వలన పెరుగుదల ఉష్ణోగ్రతను సమర్థవంతంగా తగ్గించడమే కాకుండా, Si ద్రవంలో కార్బన్ ద్రావణీయతను గణనీయంగా మెరుగుపరచడానికి ఇది ఏకైక మార్గంగా కనిపిస్తుంది. Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80] మొదలైన పరివర్తన సమూహ లోహాలను లేదా Ce [81], Y [82], Sc మొదలైన అరుదైన భూమి లోహాలను Si ద్రవానికి కలపడం వలన, ఉష్ణగతిక సమతుల్యతకు దగ్గరగా ఉన్న స్థితిలో కార్బన్ ద్రావణీయత 50at.% కంటే ఎక్కువగా ఉండటానికి వీలు కల్పిస్తుంది. అంతేకాకుండా, SiC యొక్క P-రకం డోపింగ్ కోసం LPE టెక్నిక్ అనుకూలంగా ఉంటుంది, దీనిని Al ను మిశ్రమం చేయడం ద్వారా సాధించవచ్చు.
ద్రావణి [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. అయితే, Al కలపడం వలన P-రకం SiC సింగిల్ క్రిస్టల్స్ యొక్క నిరోధకత పెరుగుతుంది [49, 56]. నైట్రోజన్ డోపింగ్ కింద N-రకం పెరుగుదల కాకుండా,

ద్రావణ వృద్ధి సాధారణంగా జడ వాయు వాతావరణంలో జరుగుతుంది. హీలియం (He) ఆర్గాన్ కంటే ఖరీదైనది అయినప్పటికీ, దాని తక్కువ స్నిగ్ధత మరియు అధిక ఉష్ణ వాహకత (ఆర్గాన్ కంటే 8 రెట్లు) కారణంగా చాలా మంది పండితులు దీనిని ఇష్టపడతారు [85]. 4H-SiC లో వలస రేటు మరియు Cr కంటెంట్ He మరియు Ar వాతావరణంలో సమానంగా ఉంటాయి, సీడ్ హోల్డర్ యొక్క అధిక ఉష్ణ వెదజల్లడం కారణంగా Ar కింద వృద్ధి కంటే He కింద వృద్ధి అధిక వృద్ధి రేటుకు దారితీస్తుందని నిరూపించబడింది [68]. He పెరిగిన స్ఫటికం లోపల శూన్యాల ఏర్పాటును మరియు ద్రావణంలో ఆకస్మిక కేంద్రకాన్ని నిరోధిస్తుంది, అప్పుడు, నునుపైన ఉపరితల రూపాన్ని పొందవచ్చు [86].

ఈ పత్రం SiC పరికరాల అభివృద్ధి, అనువర్తనాలు మరియు లక్షణాలను, అలాగే SiC సింగిల్ క్రిస్టల్‌ను పెంచడానికి ఉపయోగించే మూడు ప్రధాన పద్ధతులను పరిచయం చేసింది. తదుపరి విభాగాలలో, ప్రస్తుత ద్రావణ వృద్ధి పద్ధతులు మరియు వాటికి సంబంధించిన కీలక పారామితులను సమీక్షించడం జరిగింది. చివరగా, ద్రావణ పద్ధతి ద్వారా SiC సింగిల్ క్రిస్టల్స్‌ను పెద్దమొత్తంలో పెంచడంలో ఎదురయ్యే సవాళ్లు మరియు భవిష్యత్ పనులను చర్చిస్తూ ఒక దృక్పథాన్ని ప్రతిపాదించడం జరిగింది.