Technologia wzrostu pojedynczych kryształów SiC
Pod ciśnieniem normalnym nie występuje faza ciekła SiC o stosunku stochiometrycznym Si
równa się 1:1Dlatego metoda wykorzystująca roztopiony materiał jako surowiec, powszechnie stosowana do wzrostu kryształów krzemu, nie może być stosowana do rozwoju kryształów SiC masowo.Transport fizyczny pary)W tym procesie proszek SiC jest wykorzystywany jako surowiec, umieszczony w gorączku grafitowym wraz z podłożem SiC jako kryształ nasienny,i ustalono gradient temperatury, przy czym strona proszku SiC jest nieco gorętszaTemperatura całkowita utrzymywana jest w zakresie od 2000°C do 2500°C. Metoda sublimacji z wykorzystaniem kryształów nasion SiC jest obecnie określana jako zmodyfikowana metoda Lely,który jest szeroko stosowany do produkcji substratów SiC.
Na rysunku 1 pokazany jest schematyczny schemat wzrostu kryształu SiC przy użyciu zmodyfikowanej metody Lely.,dostarczone atomy poruszają się po powierzchni kryształu nasiennego i są włączane do pozycji, w których tworzy się kryształ,w ten sposób rosnące masowe pojedyncze kryształy SiCWykorzystuje się atmosferę obojętną, zazwyczaj argon niskiego ciśnienia, a podczas dopingu typu n wprowadza się azot.
Metody sublimacji są obecnie powszechnie stosowane do przygotowania pojedynczych kryształów SiC.w porównaniu z metodą wykorzystującą roztopiony płyn jako surowiec do wzrostu pojedynczych kryształów SiChociaż jakość stopniowo się poprawia, kryształy nadal zawierają wiele wychyleń i innych problemów.
Oprócz sublimacji,Starania zostały również podjęte w celu przygotowania pojedynczych kryształów SiC w dużej ilości przy użyciu metod takich jak wzrost fazy ciekłej poprzez rozpuszczalnik lub wysokotemperaturowe osadzenie par chemicznych (CVD)Na rysunku 2 przedstawiono schematyczny schemat metody wzrostu w fazie ciekłej dla pojedynczych kryształów SiC.
Po pierwsze, jeśli chodzi o metodę wzrostu w fazie ciekłej, rozpuszczalność węgla w rozpuszczalniku krzemowym jest bardzo niska.elementy takie jak Ti i Cr są dodawane do rozpuszczalnika w celu zwiększenia rozpuszczalności węglaWęgiel jest dostarczany przez gorzel grafit, a pojedynczy kryształ SiC rośnie na powierzchni kryształu nasiennego w nieco niższej temperaturze.Temperatura wzrostu jest zazwyczaj ustawiona między 1500°C a 2000°CZgłoszono, że tempo wzrostu może osiągnąć kilkaset mikrometrów na godzinę.
Zaletą metody wzrostu w fazie ciekłej dla SiC jest to, że podczas hodowli kryształów w kierunku [0001], zwichnięcia rozciągające się w kierunku [0001] mogą być gięte w kierunku pionowym,Wymykając je z kryształu przez ściany boczne.Wykluczenia śruby rozciągające się wzdłuż kierunku [0001] są gęsto obecne w istniejących kryształach SiC i są źródłem prądu wycieku w urządzeniachGęstość zwichnięć śruby jest znacząco zmniejszona w kryształach SiC przygotowywanych metodą wzrostu w fazie ciekłej.
Wyzwania w rozwoju roztworu obejmują zwiększenie tempa wzrostu, wydłużenie długości uprawianych kryształów i poprawę morfologii powierzchni kryształów.
Zwiększenie temperatury chemicznego osadzenia par (CVD) pojedynczych kryształów SiC polega na wykorzystaniu SiH4 jako źródła krzemu i C3H8 jako źródła węgla w atmosferze wodoru o niskim ciśnieniu,z wzrostem występującym na powierzchni podłoża SiC utrzymywanego w wysokiej temperaturze (zwykle powyżej 2000°C)Gazy surowe wprowadzane do pieca wzrostowego rozkładają się na cząsteczki takie jak SiC2 i Si2C w strefie rozkładu otoczonej gorącą ścianą, a te są transportowane na powierzchnię kryształu nasion,gdzie uprawiany jest jednokrystaliczny SiC.
Zalety metody CVD o wysokiej temperaturze obejmują możliwość stosowania surowych gazów o wysokiej czystości, a poprzez sterowanie przepływem gazu można precyzyjnie kontrolować stosunek C/Si w fazie gazowej,który jest ważnym parametrem wzrostu, który wpływa na gęstość wadW przypadku masowego wzrostu SiC można osiągnąć stosunkowo szybki tempo wzrostu, przekraczające 1 mm/h.wady metody CVD o wysokiej temperaturze obejmują znaczne akumulacje produktów ubocznych reakcji wewnątrz pieca wzrostowego i rur wydechowychPonadto reakcje fazowo-gazowe wytwarzają cząstki w strumieniu gazu, które mogą stać się zanieczyszczeniami w krysztale.
Metoda CVD o wysokiej temperaturze ma duży potencjał jako metoda produkcji wysokiej jakości kryształów SiC masowych.większa wydajność, oraz niższa gęstość zwichnięć w porównaniu z metodą sublimacji.
Ponadto metoda RAF (Repeated A-Face) jest zgłaszana jako technika oparta na sublimacji, która wytwarza masowe kryształy SiC z mniejszą liczbą wad.kryształ nasieniowy cięty prostopadle do kierunku [0001] pochodzi z kryształu uprawionego w kierunku [0001]Następnie kolejny kryształ nasion jest cięty prostopadle do tego nowego kierunku wzrostu, a następnie rosną kolejne kryształy SiC.wychylenia są wymazane z kryształu, w wyniku czego powstają większe kryształy SiC z mniejszą liczbą wad.Gęstość zwichnięcia kryształów SiC przygotowanych metodą RAF jest o 1-2 rzędy wielkości niższa niż w przypadku standardowych kryształów SiC..
ZMSH Roztwór dla płytki SiC
Wafer SiC jest materiałem półprzewodnikowym o doskonałych właściwościach elektrycznych i cieplnych.Oprócz wysokiej odporności termicznej, posiada również bardzo wysoki poziom twardości.
