Gaya ng ipinapakita sa Fig. 3, mayroong tatlong nangingibabaw na pamamaraan na naglalayong magbigay ng mataas na kalidad at kahusayan sa SiC single crystal: liquid phase epitaxy (LPE), physical vapor transport (PVT), at high-temperature chemical vapor deposition (HTCVD). Ang PVT ay isang kilalang proseso para sa paggawa ng SiC single crystal, na malawakang ginagamit sa mga pangunahing tagagawa ng wafer.
Gayunpaman, ang lahat ng tatlong proseso ay mabilis na umuunlad at nagbabago. Hindi pa posible na matukoy kung aling proseso ang malawakang gagamitin sa hinaharap. Partikular na naiulat nitong mga nakaraang taon ang mataas na kalidad na SiC single crystal na ginawa sa pamamagitan ng paglago ng solusyon sa isang malaking bilis, ang paglago ng bulk ng SiC sa likidong yugto ay nangangailangan ng mas mababang temperatura kaysa sa proseso ng sublimasyon o deposisyon, at nagpapakita ito ng kahusayan sa paggawa ng mga P-type SiC substrate (Talahanayan 3) [33, 34].
Larawan 3: Eskematiko ng tatlong nangingibabaw na pamamaraan ng paglaki ng single crystal na SiC: (a) epitaxy ng likidong yugto; (b) pisikal na transportasyon ng singaw; (c) deposisyon ng kemikal na singaw sa mataas na temperatura
Talahanayan 3: Paghahambing ng LPE, PVT at HTCVD para sa pagpapalago ng mga single crystal na SiC [33, 34]
Ang solution growth ay isang karaniwang teknolohiya para sa paghahanda ng mga compound semiconductor [36]. Simula noong dekada 1960, sinubukan ng mga mananaliksik na bumuo ng isang kristal sa solusyon [37]. Kapag na-develop na ang teknolohiya, ang supersaturation ng growth surface ay maaaring makontrol nang maayos, na ginagawang isang promising na teknolohiya ang solution method para sa pagkuha ng mataas na kalidad na single crystal ingot.
Para sa paglaki ng solusyon ng SiC single crystal, ang pinagmumulan ng Si ay nagmumula sa lubos na purong Si melt habang ang graphite crucible ay nagsisilbing dalawahang layunin: pampainit at pinagmumulan ng C solute. Ang mga single crystal ng SiC ay mas malamang na lumago sa ilalim ng ideal na stoichiometric ratio kapag ang ratio ng C at Si ay malapit sa 1, na nagpapahiwatig ng mas mababang defect density [28]. Gayunpaman, sa atmospheric pressure, ang SiC ay walang ipinapakitang melting point at direktang nabubulok sa pamamagitan ng vaporization sa mga temperaturang higit sa 2,000 °C. Ang mga natutunaw na SiC, ayon sa mga teoretikal na inaasahan, ay mabubuo lamang sa ilalim ng matinding epekto na makikita mula sa Si-C binary phase diagram (Fig. 4) na makikita sa pamamagitan ng temperature gradient at solution system. Kung mas mataas ang C sa Si melt, ito ay nag-iiba mula 1at.% hanggang 13at.%. Ang nagtutulak na C supersaturation, mas mabilis ang growth rate, habang ang mababang C force ng paglaki ay ang C supersaturation na pinangungunahan ng pressure na 109 Pa at mga temperaturang higit sa 3,200 °C. Maaari itong magdulot ng makinis na ibabaw sa pamamagitan ng supersaturation [22, 36-38]. Sa temperaturang nasa pagitan ng 1,400 at 2,800 °C, ang solubility ng C sa Si melt ay nag-iiba mula 1at.% hanggang 13at.%. Ang puwersang nagtutulak sa paglaki ay ang C supersaturation na pinangungunahan ng temperature gradient at solution system. Kung mas mataas ang C supersaturation, mas mabilis ang growth rate, habang ang mababang C supersaturation ay nagbubunga ng makinis na ibabaw [22, 36-38].
Larawan 4: Dayagram ng binaryong yugto ng Si-C [40]
Ang pagdodop ng mga transition metal elements o rare-earth elements ay hindi lamang epektibong nagpapababa ng temperatura ng paglaki kundi tila ito lamang ang tanging paraan upang lubos na mapabuti ang solubility ng carbon sa Si melt. Ang pagdaragdag ng mga transition group metal, tulad ng Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80], atbp. o mga rare earth metal, tulad ng Ce [81], Y [82], Sc, atbp. sa Si melt ay nagpapahintulot sa solubility ng carbon na lumampas sa 50at.% sa isang estado na malapit sa thermodynamic equilibrium. Bukod dito, ang pamamaraan ng LPE ay kanais-nais para sa P-type doping ng SiC, na maaaring makamit sa pamamagitan ng pag-alloy ng Al sa
solvent [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Gayunpaman, ang pagsasama ng Al ay humahantong sa pagtaas ng resistivity ng mga P-type SiC single crystals [49, 56]. Bukod sa paglaki ng N-type sa ilalim ng nitrogen doping,
Ang paglago ng solusyon ay karaniwang nangyayari sa isang inert gas na atmospera. Bagama't mas mahal ang helium (He) kaysa sa argon, ito ay pinapaboran ng maraming iskolar dahil sa mas mababang lagkit at mas mataas na thermal conductivity (8 beses ng argon) [85]. Ang migration rate at Cr content sa 4H-SiC ay magkatulad sa ilalim ng He at Ar atmosphere, napatunayan na ang paglago sa ilalim ng Here ay nagreresulta sa mas mataas na growth rate kaysa sa paglago sa ilalim ng Ar dahil sa mas malaking heat dissipation ng seed holder [68]. Pinipigilan ng He ang pagbuo ng mga voids sa loob ng lumalagong kristal at kusang nucleation sa solusyon, kung gayon, maaaring makuha ang isang makinis na morpolohiya ng ibabaw [86].
Ipinakilala ng papel na ito ang pag-unlad, mga aplikasyon, at mga katangian ng mga aparatong SiC, at ang tatlong pangunahing pamamaraan para sa pagpapalago ng SiC single crystal. Sa mga sumusunod na seksyon, sinuri ang kasalukuyang mga pamamaraan ng pagpapalago ng solusyon at mga kaukulang pangunahing parameter. Panghuli, iminungkahi ang isang pananaw na tumalakay sa mga hamon at mga gawain sa hinaharap patungkol sa bulk growth ng SiC single crystals sa pamamagitan ng solution method.
Oras ng pag-post: Hulyo-01-2024