Τεχνολογία ανάπτυξης μονοκρυστάλλων SiC
Υπό φυσιολογική πίεση, δεν υπάρχει υγρή φάση SiC με στεχυομετρικό λόγο Si
ισούται με 1:1Ως εκ τούτου, η μέθοδος που χρησιμοποιεί το λιώσιμο ως πρώτη ύλη, που χρησιμοποιείται συνήθως για την ανάπτυξη κρυστάλλων πυριτίου, δεν μπορεί να εφαρμοστεί για την ανάπτυξη κρυστάλλων SiC σε χύδη.Η μεταφορά φυσικών ατμώνΣε αυτή τη διαδικασία, η σκόνη SiC χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη, τοποθετείται σε χωνευτήρα γραφίτη μαζί με ένα υπόστρωμα SiC ως κρύσταλλο σπόρου,και καθορίζεται κλίμακα θερμοκρασίας με την πλευρά της σκόνης SiC να είναι ελαφρώς θερμότερηΗ συνολική θερμοκρασία διατηρείται στη συνέχεια μεταξύ 2000 °C και 2500 °C. Η μέθοδος υπολίμανσης με χρήση κρυστάλλων σπόρων SiC αναφέρεται τώρα ως η τροποποιημένη μέθοδος Lely,που χρησιμοποιείται ευρέως για την παραγωγή υπόστρωτων SiC.
Το σχήμα 1 δείχνει ένα σχηματικό διάγραμμα της ανάπτυξης των κρυστάλλων SiC χρησιμοποιώντας τη τροποποιημένη μέθοδο Lely.,Τα τροφοδοτούμενα άτομα κινούνται στην επιφάνεια του κρυστάλλου σπόρου και ενσωματώνονται στις θέσεις όπου σχηματίζεται ο κρυστάλλος,Με αυτόν τον τρόπο αυξάνεται χύδην μονοκρυστάλλων SiCΧρησιμοποιείται μια αδρανής ατμόσφαιρα, συνήθως αργόν χαμηλής πίεσης, και εισάγεται άζωτο κατά τη διάρκεια ντόπινγκ n-τύπου.
Η μέθοδος υπολίμανσης χρησιμοποιείται σήμερα ευρέως για την παρασκευή μονοκρυστάλλων SiC.σε σύγκριση με τη μέθοδο που χρησιμοποιεί λιώσιμο υγρό ως πρώτη ύλη για την ανάπτυξη μονοκρυστάλλων SiΠαρόλο που η ποιότητα βελτιώνεται σταδιακά, οι κρύσταλλοι εξακολουθούν να περιέχουν πολλές εκτοπίσεις και άλλα προβλήματα.
Εκτός από τη μέθοδο υπολίμανσης,Έχουν επίσης γίνει προσπάθειες για την παρασκευή χονδρικών μονοκρυστάλλων SiC χρησιμοποιώντας μεθόδους όπως η ανάπτυξη υγρής φάσης μέσω διαλύματος ή η χημική εναπόθεση ατμών υψηλής θερμοκρασίας (CVD)Το σχήμα 2 δείχνει ένα σχηματικό διάγραμμα της μεθόδου ανάπτυξης υγρής φάσης για μονοκρυστάλλους SiC.
Πρώτον, όσον αφορά τη μέθοδο ανάπτυξης υγρής φάσης, η διαλυτότητα του άνθρακα σε διαλύτη πυριτίου είναι πολύ χαμηλή.Στο διαλύτη προστίθενται στοιχεία όπως Ti και Cr για να αυξηθεί η διαλυτότητα του άνθρακα.Ο άνθρακας τροφοδοτείται από ένα χωνευτήρι γραφίτη και ο μονοκρυστάλλος SiC αναπτύσσεται στην επιφάνεια του κρυστάλλου σπόρου σε ελαφρώς χαμηλότερη θερμοκρασία.Η θερμοκρασία ανάπτυξης καθορίζεται συνήθως μεταξύ 1500 °C και 2000 °CΈχει αναφερθεί ότι ο ρυθμός ανάπτυξης μπορεί να φτάσει σε αρκετές εκατοντάδες μικρομέτρα την ώρα.
Το πλεονέκτημα της μεθόδου ανάπτυξης υγρής φάσης για το SiC είναι ότι, κατά την ανάπτυξη κρυστάλλων κατά μήκος της κατεύθυνσης [0001], οι εκτοπίσεις που εκτείνονται προς την κατεύθυνση [0001] μπορούν να λυγίσουν προς την κάθετη κατεύθυνση,Τα σκουπίζει έξω από το κρύσταλλο μέσα από τους τοίχους.Οι εκτοπίσεις βίδες που εκτείνονται κατά μήκος της κατεύθυνσης [0001] είναι πυκνά παρόντες σε υπάρχοντες κρύσταλλους SiC και αποτελούν πηγή ροής διαρροής σε συσκευέςΗ πυκνότητα των εκτροπών βίδες μειώνεται σημαντικά στους κρυστάλλους SiC που παρασκευάζονται με τη μέθοδο ανάπτυξης υγρής φάσης.
Οι προκλήσεις στην ανάπτυξη του διαλύματος περιλαμβάνουν την αύξηση του ρυθμού ανάπτυξης, την επέκταση του μήκους των καλλιεργημένων κρυστάλλων και τη βελτίωση της μορφολογίας της επιφάνειας των κρυστάλλων.
Η αύξηση των μονοκρυστάλλων SiC με υψηλής θερμοκρασίας χημική εναπόθεση ατμών (CVD) συνεπάγεται τη χρήση SiH4 ως πηγή πυριτίου και C3H8 ως πηγή άνθρακα σε ατμόσφαιρα υδρογόνου χαμηλής πίεσης,με ανάπτυξη στην επιφάνεια ενός υπόστρωμα SiC που διατηρείται σε υψηλή θερμοκρασία (συνήθως πάνω από 2000°C)Τα ακατέργαστα αέρια που εισάγονται στον κλίβανο ανάπτυξης αποσυντίθενται σε μόρια όπως SiC2 και Si2C στη ζώνη αποσύνθεσης που περιβάλλεται από θερμό τοίχωμα, και αυτά μεταφέρονται στην επιφάνεια του κρυστάλλου σπόρου,όπου καλλιεργείται μονοκρυσταλλικό SiC.
Τα πλεονεκτήματα της μεθόδου CVD υψηλής θερμοκρασίας περιλαμβάνουν τη δυνατότητα χρήσης ακατέργαστων αερίων υψηλής καθαρότητας και με τον έλεγχο της ταχύτητας ροής του αερίου, ο λόγος C/Si στη φάση αερίου μπορεί να ελεγχθεί με ακρίβεια,η οποία είναι μια σημαντική παράμετρος ανάπτυξης που επηρεάζει την πυκνότητα ελαττώματοςΗ αύξηση του SiC σε χύδη μπορεί να επιτευχθεί με σχετικά γρήγορο ρυθμό αύξησης, που υπερβαίνει το 1 mm/h.τα μειονεκτήματα της μεθόδου CVD υψηλής θερμοκρασίας περιλαμβάνουν τη σημαντική συσσώρευση υποπροϊόντων αντίδρασης στο εσωτερικό του κλιματιστικού φούρνου και των σωλήνων εξάτμισηςΕπιπλέον, οι αντιδράσεις αέριας φάσης παράγουν σωματίδια στο ρεύμα αερίου, τα οποία μπορούν να μετατραπούν σε ακαθαρσίες στον κρύσταλλο.
Η μέθοδος CVD υψηλής θερμοκρασίας διαθέτει μεγάλο δυναμικό ως μέθοδος παραγωγής υψηλής ποιότητας χονδρικών κρυστάλλων SiC.μεγαλύτερη παραγωγικότητα, και χαμηλότερη πυκνότητα εξάρθρωσης σε σύγκριση με τη μέθοδο υπολίμανσης.
Επιπλέον, η μέθοδος RAF (Repeated A-Face) αναφέρεται ως τεχνική με βάση την υπολίμανση που παράγει χύρους SiC με λιγότερα ελαττώματα.ένας κρυστάλλος σπόρων κοπεί κάθετο προς την κατεύθυνση [0001] λαμβάνεται από έναν κρυστάλλιο που καλλιεργείται κατά μήκος της κατεύθυνσης [0001]Στη συνέχεια, ένας άλλος κρύσταλλος σπόρου κόβεται κάθετα προς αυτή τη νέα κατεύθυνση ανάπτυξης, και περαιτέρω κρύσταλλοι SiC αναπτύσσονται.Οι εκτοπίσεις σαρώνουν έξω από τον κρύσταλλο, με αποτέλεσμα να παράγονται χύδοι SiC με λιγότερα ελαττώματα.Η πυκνότητα εξάρθρωσης των κρυστάλλων SiC που παρασκευάζονται με τη μέθοδο RAF αναφέρεται ότι είναι 1 έως 2 τάξεις μεγέθους χαμηλότερη από εκείνη των τυποποιημένων κρυστάλλων SiC..
ZMSH Λύσιμο για πλάκες SiC
Δύο ίντσες, τέσσερις ίντσες, έξι ίντσες, οκτώ ίντσες.
Ένα κύλινδρο SiC είναι ένα ημιαγωγό υλικό που έχει εξαιρετικές ηλεκτρικές και θερμικές ιδιότητες.Εκτός από την υψηλή θερμική αντοχή του, διαθέτει επίσης πολύ υψηλό επίπεδο σκληρότητας.
