דריי הויפּט טעקניקס פֿאַר SiC קריסטאַל וווּקס

ווי געוויזן אין פיגור 3, זענען דא דריי דאָמינאַנטע טעכניקן וואָס צילן צו צושטעלן SiC איין קריסטאַל מיט הויך קוואַליטעט און עפעקטיווקייט: פליסיק פאַזע עפּיטאַקסי (LPE), גשמיות פארע טראַנספּאָרט (PVT), און הויך-טעמפּעראַטור כעמישע פארע דעפּאַזישאַן (HTCVD). PVT איז אַ גוט-עטאַבלירט פּראָצעס פֿאַר פּראָדוצירן SiC איין קריסטאַל, וואָס איז וויידלי געניצט אין גרויסע וועיפער פאַבריקאַנטן.

אבער, אלע דריי פראצעדורן אנטוויקלען זיך שנעל און מאכן נייע זאכן. עס איז נאך נישט מעגליך צו זאגן וועלכע פראצעדור וועט ווערן ברייט אנגענומען אין דער צוקונפט. ספעציעל, הויך-קוואליטעט SiC איינציקע קריסטאל פראדוצירט דורך לייזונג וואוקס מיט א באדייטנדיקן גיכקייט איז געמאלדן געווארן אין די לעצטע יארן, SiC גרויס וואוקס אין דער פליסיקער פאזע פארלאנגט א נידעריגערע טעמפעראטור ווי די סובלימאציע אדער דעפאזיציע פראצעס, און עס ווייזט אויף עקסעלענץ אין פראדוצירן P-טיפ SiC סובסטראטן (טאבעלע 3) [33, 34].

פיג. 3: סכעמאטיש פון דריי דאמינאנטע SiC איינציקע קריסטאל וואוקס טעכניקן: (א) פליסיקע פאזע עפיטאקסי; (ב) פיזישע פארע טראנספארט; (ג) הויך-טעמפּעראַטור כעמישע פארע דעפאזיציע

טאַבעלע 3: פֿאַרגלייַך פֿון LPE, PVT און HTCVD פֿאַר וואַקסן SiC איינציקע קריסטאַלן [33, 34]

לייזונג וואוקס איז א סטאנדארט טעכנאלאגיע פארן צוגרייטן קאמפאונד האלב-קאנדוקטארן [36]. זייט די 1960ער יארן, האבן פארשער פרובירט צו אנטוויקלען א קריסטאל אין לייזונג [37]. אזוי שנעל ווי די טעכנאלאגיע איז אנטוויקלט, קען די איבערזעטיקונג פון דער וואוקס-איבערפלאך גוט קאנטראלירט ווערן, וואס מאכט די לייזונג מעטאד א פארשפרעכנדיקע טעכנאלאגיע פארן באקומען הויך-קוואליטעט איינצעלנע קריסטאל שטאנגען.

פאר לייזונג וואוקס פון SiC איין קריסטאל, שטאמט די Si מקור פון א שטארק ריינע Si שמעלץ, בשעת די גראפיט קרוציבל דינט צוויי צוועקן: הייצער און C סאלוט מקור. SiC איין קריסטאלן זענען מער מסתּמא צו וואקסן אונטער די אידעאלע סטויכיאָמעטרישע פארהעלטעניש ווען די פארהעלטעניש פון C און Si איז נאנט צו 1, וואס ווייזט אויף א נידעריגערע דעפעקט געדיכטקייט [28]. אבער, ביי אטמאספערישער דרוק, ווייזט SiC קיין שמעלץ פונקט נישט און צעפאלט זיך גלייך דורך פארדאמפונג ביי טעמפעראטורן וואס איבערשטייגן ארום 2,000 °C. SiC שמעלץ, לויט טעארעטישע ערווארטונגען, קענען נאר געשאפן ווערן אונטער שטרענגע, וואס מען קען זען פון די Si-C בינארישע פאזע דיאגראם (פיגור 4) אז ביי טעארעטישע ערווארטונגען, קען מען נאר זען פון די Si-C בינארישע פאזע דיאגראם (פיגור 4) אז ביי טעארעטישע ערווארטונגען. וואס העכער די C אין די Si שמעלץ ווערירט פון 1at.% ביז 13at.%. די טרייבנדיקע C איבערזעטיקונג, אלץ שנעלער די וואוקס ראטע, בשעת נידעריגע C קראפט פון די וואוקס איז די C איבערזעטיקונג וואס ווערט דאמינירט דורך א דרוק פון 109 Pa און טעמפעראטורן העכער 3,200 °C. איבערזעטיקונג קען פראדוצירן א גלאטן אויבערפלאך [22, 36-38]. ביי טעמפעראטורן צווישן 1,400 און 2,800 °C, די לייזלעכקייט פון C אין דעם Si שמעלץ ווערירט פון 1at.% ביז 13at.%. די טרייבקראפט פון דעם וואוקס איז די C איבערזעטיקונג וואס ווערט דאמינירט דורך טעמפעראטור גראדיענט און לייזונג סיסטעם. וואס העכער די C איבערזעטיקונג, אלץ שנעלער די וואוקס ראטע, בשעת נידריגע C איבערזעטיקונג פראדוצירט א גלאטן אויבערפלאך [22, 36-38].

פיג. 4: Si-C בינארישע פאזע דיאגראם [40]

דאָפּינג טראַנזישאַן מעטאַל עלעמענטן אָדער זעלטן-ערד עלעמענטן ניט בלויז יפעקטיוולי נידעריקער די וווּקס טעמפּעראַטור, אָבער עס מיינט צו זיין דער איינציקער וועג צו דראַסטיקלי פֿאַרבעסערן קאַרבאָן סאַליאַבאַלנאַס אין Si צעלאָזן. די דערצו פון טראַנזישאַן גרופּע מעטאַלן, אַזאַ ווי Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77-80], עטק. אָדער זעלטן ערד מעטאַלן, אַזאַ ווי Ce [81], Y [82], Sc, עטק. צו די Si צעלאָזן אַלאַוז די קאַרבאָן סאַליאַבאַלנאַס צו יקסיד 50at.% אין אַ צושטאַנד נאָענט צו טערמאָדאַנאַמיק גלייכגעוויכט. דערצו, LPE טעכניק איז גינציק פֿאַר P-טיפּ דאָפּינג פון SiC, וואָס קענען זיין דערגרייכט דורך אַללויינג Al אין די
סאָלווענט [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. אָבער, די אינקאָרפּאָראַציע פון ​​Al פירט צו אַ פאַרגרעסערונג אין די קעגנשטעל פון P-טיפּ SiC איין קריסטאַלן [49, 56]. חוץ N-טיפּ וווּקס אונטער נייטראָגען דאָפּינג,

לייזונג וואוקס גייט בכלל פאר אין אן אינערט גאז אטמאספערע. כאטש העליום (He) איז טייערער ווי ארגאן, איז עס באליבט ביי אסאך געלערנטע צוליב זיין נידעריגערע וויסקאזיטעט און העכערע טערמישע קאנדוקטיוויטעט (8 מאל פון ארגאן) [85]. די מיגראציע ראטע און Cr אינהאלט אין 4H-SiC זענען ענליך אונטער He און Ar אטמאספערע, עס איז באוויזן אז וואוקס אונטער Here רעזולטירט אין א העכערע וואוקס ראטע ווי וואוקס אונטער Ar צוליב די גרעסערע היץ פארשפּרייטונג פון די זוימען האלטער [68]. He שטערט די ליידיגע פארמאציע אינעווייניג פון די אויפגעוואקסענע קריסטאל און ספאנטאנע נוקלעאציע אין די לייזונג, דעמאלט קען מען באקומען א גלאטן אויבערפלאך מארפאלאגיע [86].

די דאזיגע פאפיר האט פארגעשטעלט די אנטוויקלונג, אנווענדונגען, און אייגנשאפטן פון SiC דעווייסעס, און די דריי הויפט מעטאדן פארן וואקסן SiC איינצעלנע קריסטאלן. אין די פאלגנדע סעקציעס, זענען די יעצטיגע לייזונג וואוקס טעכניקן און קארעספאנדירנדע שליסל פאראמעטערס איבערגעקוקט געווארן. צום סוף, איז פארגעשטעלט געווארן אן אויסבליק וואס האט דיסקוטירט די שוועריקייטן און צוקונפטיגע ארבעטן וועגן דעם גרויסן וואוקס פון SiC איינצעלנע קריסטאלן דורך לייזונג מעטאד.