3-rasmda ko'rsatilganidek, SiC monokristalini yuqori sifat va samaradorlik bilan ta'minlashga qaratilgan uchta dominant usul mavjud: suyuq fazali epitaksiya (LPE), fizik bug' tashish (PVT) va yuqori haroratli kimyoviy bug' cho'ktirish (HTCVD). PVT - bu yirik plastinka ishlab chiqaruvchilarida keng qo'llaniladigan SiC monokristalini ishlab chiqarishning yaxshi yo'lga qo'yilgan jarayoni.
Biroq, uchala jarayon ham tez rivojlanmoqda va innovatsiya qilinmoqda. Kelajakda qaysi jarayon keng qo'llanilishini hozircha taxmin qilishning iloji yo'q. Xususan, so'nggi yillarda eritma o'sishi natijasida sezilarli darajada yuqori sifatli SiC monokristallari ishlab chiqarilgani haqida xabar berilgan, suyuq fazada SiC hajmining o'sishi sublimatsiya yoki cho'ktirish jarayoniga qaraganda pastroq haroratni talab qiladi va bu P-turdagi SiC substratlarini ishlab chiqarishda mukammallikni namoyish etadi (3-jadval) [33, 34].
3-rasm: Uchta dominant SiC monokristalli o'sish texnikasining sxemasi: (a) suyuq fazali epitaksiya; (b) fizik bug' tashish; (c) yuqori haroratli kimyoviy bug' cho'ktirish
3-jadval: SiC monokristallarini o'stirish uchun LPE, PVT va HTCVD ni taqqoslash [33, 34]
Eritma o'sishi birikma yarimo'tkazgichlarni tayyorlash uchun standart texnologiyadir [36]. 1960-yillardan beri tadqiqotchilar eritmada kristall yaratishga harakat qilishdi [37]. Texnologiya ishlab chiqilgandan so'ng, o'sish yuzasining to'yinganligini yaxshi boshqarish mumkin, bu esa eritma usulini yuqori sifatli monokristalli quymalarni olish uchun istiqbolli texnologiyaga aylantiradi.
SiC monokristalining eritma o'sishi uchun Si manbai yuqori darajada sof Si eritmasidan kelib chiqadi, grafit tigel esa ikki maqsadga xizmat qiladi: isitgich va C eruvchan modda manbai. SiC monokristallari C va Si nisbati 1 ga yaqin bo'lganda ideal stexiometrik nisbat ostida o'sishi ehtimoli ko'proq, bu esa nuqson zichligining pastligini ko'rsatadi [28]. Biroq, atmosfera bosimida SiC erish nuqtasini ko'rsatmaydi va 2000 °C dan yuqori haroratlarda bug'lanish orqali to'g'ridan-to'g'ri parchalanadi. Nazariy taxminlarga ko'ra, SiC eritmalari faqat harorat gradiyenti va eritma tizimi orqali Si-C ikkilik faza diagrammasidan (4-rasm) ko'rinib turibdiki, faqat og'ir sharoitlarda hosil bo'lishi mumkin. Si eritmasidagi C qanchalik yuqori bo'lsa, 1at.% dan 13at.% gacha o'zgaradi. C super to'yinganligi, o'sish tezligi shunchalik tez bo'ladi, o'sishning past C kuchi esa 109 Pa bosim va 3200 °C dan yuqori haroratlarda hukmronlik qiladigan C super to'yinganligidir. Bu o'ta to'yinganlik silliq sirt hosil qilishi mumkin [22, 36-38]. 1400 va 2800 °C oralig'idagi haroratlarda, Si eritmasida C ning eruvchanligi 1at.% dan 13at.% gacha o'zgaradi. O'sishning harakatlantiruvchi kuchi harorat gradiyenti va eritma tizimi tomonidan boshqariladigan C o'ta to'yinganligidir. C o'ta to'yinganligi qanchalik yuqori bo'lsa, o'sish tezligi shuncha tez bo'ladi, past C o'ta to'yinganligi esa silliq sirt hosil qiladi [22, 36-38].
4-rasm: Si-C ikkilik faza diagrammasi [40]
O'tish metall elementlarini yoki nodir yer elementlarini qo'shish nafaqat o'sish haroratini samarali ravishda pasaytiradi, balki Si eritmasida uglerodning eruvchanligini sezilarli darajada yaxshilashning yagona yo'li bo'lib tuyuladi. Si eritmasiga Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80] va boshqalar kabi o'tish guruhi metallarini yoki Ce [81], Y [82], Sc va boshqalar kabi nodir yer metallarini qo'shish termodinamik muvozanatga yaqin holatda uglerodning eruvchanligini 50at.% dan oshirish imkonini beradi. Bundan tashqari, LPE texnikasi SiC ning P-turdagi qo'shilishi uchun qulaydir, bunga Al ni qotishma orqali erishish mumkin.
erituvchi [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Biroq, Al ning qo'shilishi P-turdagi SiC monokristallarining qarshiligining oshishiga olib keladi [49, 56]. Azot qo'shilishi ostida N-turdagi o'sishdan tashqari,
Eritmaning o'sishi odatda inert gaz atmosferasida sodir bo'ladi. Geliy (He) argonga qaraganda qimmatroq bo'lsa-da, u pastroq yopishqoqligi va yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi (argonga nisbatan 8 baravar) tufayli ko'plab olimlar tomonidan afzal ko'riladi [85]. 4H-SiC dagi migratsiya tezligi va Cr miqdori He va Ar atmosferasida o'xshash, Her ostida o'sish urug' ushlagichining katta issiqlik tarqalishi tufayli Ar ostida o'sishga qaraganda yuqori o'sish sur'atiga olib kelishi isbotlangan [68]. He o'sgan kristall ichidagi bo'shliqlarning paydo bo'lishiga va eritmada o'z-o'zidan yadrolanishga to'sqinlik qiladi, shunda silliq sirt morfologiyasini olish mumkin [86].
Ushbu maqolada SiC qurilmalarining rivojlanishi, qo'llanilishi va xususiyatlari, shuningdek, SiC monokristallarini o'stirishning uchta asosiy usuli taqdim etilgan. Keyingi bo'limlarda eritma o'stirishning amaldagi texnikalari va tegishli asosiy parametrlar ko'rib chiqildi. Nihoyat, eritma usuli orqali SiC monokristallarini ommaviy o'stirish bilan bog'liq muammolar va kelajakdagi ishlar muhokama qilingan istiqbol taklif qilindi.
Joylashtirilgan vaqt: 2024-yil 1-iyul