Тавре ки дар расми 3 нишон дода шудааст, се усули бартаридошта мавҷуданд, ки барои таъмини сифати баланд ва самаранокии монокристалли SiC равона шудаанд: эпитаксияи фазаи моеъ (LPE), интиқоли буғи физикӣ (PVT) ва таҳшиншавии буғи кимиёвӣ дар ҳарорати баланд (HTCVD). PVT як раванди хуб муқарраршуда барои истеҳсоли монокристалли SiC мебошад, ки дар истеҳсолкунандагони бузурги пластинаҳо ба таври васеъ истифода мешавад.
Аммо, ҳар се раванд босуръат таҳаввул ва навоварӣ мекунанд. Ҳанӯз муайян кардан ғайриимкон аст, ки кадом раванд дар оянда ба таври васеъ қабул карда мешавад. Хусусан, дар солҳои охир монокристалли SiC-и баландсифат, ки тавассути афзоиши маҳлул бо суръати назаррас ба вуҷуд меояд, гузориш дода шудааст, афзоиши ҳаҷми SiC дар фазаи моеъ ҳарорати пасттарро нисбат ба раванди сублиматсия ё таҳшинкунӣ талаб мекунад ва он дар истеҳсоли субстратҳои SiC-и навъи P аъло нишон медиҳад (Ҷадвали 3) [33, 34].
Расми 3: Схемаи се усули асосии афзоиши яккристаллии SiC: (а) эпитаксияи фазаи моеъ; (б) интиқоли буғи физикӣ; (в) таҳшиншавии буғи кимиёвии ҳарорати баланд
Ҷадвали 3: Муқоисаи LPE, PVT ва HTCVD барои парвариши монокристаллҳои SiC [33, 34]
Афзоиши маҳлул як технологияи стандартӣ барои тайёр кардани нимноқилҳои мураккаб аст [36]. Аз солҳои 1960 инҷониб, муҳаққиқон кӯшиш кардаанд, ки кристаллро дар маҳлул таҳия кунанд [37]. Пас аз таҳияи технология, сершавии сатҳи афзоишро хуб назорат кардан мумкин аст, ки ин усули маҳлулро ба як технологияи умедбахш барои ба даст овардани пораҳои яккристаллии баландсифат табдил медиҳад.
Барои афзоиши маҳлули монокристалли SiC, манбаи Si аз гудохтаи хеле холиси Si сарчашма мегирад, дар ҳоле ки тигели графитӣ ду мақсад дорад: гармкунак ва манбаи ҳалшудаи C. Эҳтимоли афзоиши монокристаллҳои SiC дар таносуби стехиометрии идеалӣ зиёдтар аст, вақте ки таносуби C ва Si ба 1 наздик аст, ки зичии пасти нуқсонро нишон медиҳад [28]. Аммо, дар фишори атмосфера, SiC нуқтаи обшавиро нишон намедиҳад ва мустақиман тавассути бухоршавӣ дар ҳароратҳои аз тақрибан 2000 °C зиёд таҷзия мешавад. Гудохтаҳои SiC, мувофиқи интизориҳои назариявӣ, танҳо дар шароити шадид метавонанд ташаккул ёбанд, ки аз диаграммаи фазаи дуӣ Si-C (Расми 4) дида мешавад, ки дар градиенти ҳарорат ва системаи маҳлул. Ҳар қадар C дар гудохтаи Si баландтар бошад, аз 1at.% то 13at.% фарқ мекунад. Сершавии барангезандаи C, суръати афзоиш ҳамон қадар тезтар аст, дар ҳоле ки қувваи пасти C афзоиш сершавии монокристалли C мебошад, ки фишори 109 Pa ва ҳароратҳои болотар аз 3200 °C бартарӣ дорад. Он метавонад сатҳи ҳамворро ба вуҷуд орад [22, 36-38]. Дар ҳарорати аз 1400 то 2800 °C, ҳалшавандагии C дар обшавии Si аз 1at.% то 13at.% фарқ мекунад. Қувваи пешбарандаи афзоиш сершавии C мебошад, ки аз градиенти ҳарорат ва системаи маҳлул бартарӣ дорад. Ҳар қадар сершавии C баландтар бошад, суръати афзоиш ҳамон қадар тезтар аст, дар ҳоле ки сершавии C паст сатҳи ҳамворро ба вуҷуд меорад [22, 36-38].
Расми 4: Диаграммаи фазаи дуӣ дар Si-C [40]
Допинг кардани унсурҳои металлҳои гузариш ё унсурҳои нодирзамин на танҳо ҳарорати афзоишро самаранок паст мекунад, балки ба назар мерасад, ки ягона роҳи беҳтар кардани ҳалшавии карбон дар гудохтаи Si мебошад. Илова кардани металлҳои гурӯҳи гузариш, ба монанди Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80] ва ғайра ё металлҳои нодирзамин, ба монанди Ce [81], Y [82], Sc ва ғайра ба гудохтаи Si имкон медиҳад, ки ҳалшавии карбон дар ҳолати наздик ба мувозинати термодинамикӣ аз 50at.% зиёд шавад. Ғайр аз ин, техникаи LPE барои допинг кардани SiC-и навъи P мусоид аст, ки онро бо роҳи илова кардани Al ба ... ба даст овардан мумкин аст.
ҳалкунанда [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Аммо, дохилшавии Al боиси афзоиши муқовимати кристаллҳои монокристаллҳои навъи P-и SiC мегардад [49, 56]. Ғайр аз афзоиши навъи N таҳти легиркунии нитроген,
Афзоиши маҳлул одатан дар атмосфераи гази инертӣ сурат мегирад. Гарчанде ки гелий (He) нисбат ба аргон гаронтар аст, он аз ҷониби бисёр олимон аз сабаби часпакии пасттар ва гузаронандагии гармии баландтар (8 маротиба аз аргон) афзалтар дониста мешавад [85]. Суръати муҳоҷират ва миқдори Cr дар 4H-SiC дар атмосфераи He ва Ar монанд аст, исбот шудааст, ки афзоиш дар зери Her ба суръати афзоиши баландтар нисбат ба афзоиш дар зери Ar оварда мерасонад, ки ин аз сабаби паҳншавии гармии бештари нигоҳдорандаи тухмӣ аст [68]. He ба пайдоиши холӣҳо дар дохили кристалли парваришёфта ва ядрошавии худсарона дар маҳлул монеъ мешавад, пас морфологияи сатҳи ҳамвор ба даст оварда мешавад [86].
Дар ин мақола рушд, татбиқ ва хосиятҳои дастгоҳҳои SiC ва се усули асосии парвариши монокристалли SiC муаррифӣ шудааст. Дар бахшҳои зерин усулҳои кунунии афзоиши маҳлул ва параметрҳои калидии мувофиқ баррасӣ шуданд. Дар ниҳоят, дурнамое пешниҳод карда шуд, ки дар он мушкилот ва корҳои оянда дар бораи афзоиши ҳаҷмии монокристаллҳои SiC тавассути усули маҳлул баррасӣ шуданд.
Вақти нашр: 01 июли соли 2024