Przegląd technologii wzrostu pojedynczych kryształów SiC

Przegląd technologii wzrostu pojedynczych kryształów SiC

1Wprowadzenie

W ostatnich latach pojedyncze kryształy węglanu krzemu (SiC) przyciągnęły szeroką uwagę ze względu na ich lepszą wydajność w wysokiej temperaturze, odporność na zużycie,i zastosowań urządzeń elektronicznych o dużej mocyWśród różnych metod przygotowywania, metoda sublimacji (Physical Vapor Transport, PVT) jest obecnie podstawową metodą uprawy pojedynczych kryształów SiC, chociaż inne potencjalne techniki wzrostu,takie jak wzrost fazy ciekłej i osadzenie chemiczne pary w wysokiej temperaturze (CVD)W tym artykule przedstawiony zostanie przegląd metod wzrostu pojedynczych kryształów SiC, ich zalety i wyzwania oraz omówiona metoda RAF jako zaawansowana technika redukcji wad.

2Zasady i zastosowania metody sublimacji

Ponieważ pod ciśnieniem normalnym nie występuje stochiometryczny SiC w fazie ciekłej o stosunku Si-C 1:1,metodę wzrostu roztopu powszechnie stosowaną do wzrostu pojedynczych kryształów krzemu nie można bezpośrednio zastosować do masowej produkcji kryształów SiCMetody te wykorzystują proszek SiC jako surowiec, umieszczany w grzejniku grafitowym, oraz podłoże SiC jako kryształ nasion.Gradient temperatury, nieco wyższa po stronie proszku, napędza transport materiału. Całkowita temperatura utrzymywana jest zazwyczaj między 2000°C a 2500°C.

Na rysunku 1 przedstawiono schemat wzrostu pojedynczych kryształów SiC przy użyciu zmodyfikowanej metody Lely.przy temperaturach powyżej 2000°C wewnątrz gruntu grafitowegoCząsteczki te są następnie transportowane na powierzchnię kryształu nasiennego w obojętnej atmosferze (zwykle argon niskiego ciśnienia).Atomy rozpraszają się po powierzchni kryształu nasion i łączą się z miejscami wzrostuPodczas dopingu typu n można wprowadzić azot.

3Zalety i wyzwania metody sublimacji

Metody sublimacji są obecnie powszechnie stosowane do przygotowania pojedynczych kryształów SiC.tempo wzrostu kryształów SiC jest stosunkowo powolneChociaż jakość stopniowo się poprawia, kryształy nadal zawierają dużą liczbę wychyleń i innych wad.Poprzez ciągłą optymalizację gradientu temperatury i transportu materiału, niektóre wady zostały skutecznie zwalczone.

4Metoda wzrostu w fazie ciekłej

Metody rozwoju w fazie ciekłej polegają na hodowli SiC w roztworze.elementy takie jak tytan i chrom są zazwyczaj dodawane do rozpuszczalnika w celu zwiększenia rozpuszczalności węglaWęgiel jest dostarczany przez grzyb grafitowy, a temperatura na powierzchni kryształu nasion jest stosunkowo niższa.niższy niż w przypadku metody sublimacjiSzybkość wzrostu fazy ciekłej może sięgać kilkuset mikrometrów na godzinę.

Jedną z głównych zalet metody wzrostu w fazie ciekłej jest jej zdolność do znacznego zmniejszenia gęstości zwichnięć śruby rozciągających się wzdłuż kierunku [0001].Zmiany te są gęsto obecne w istniejących kryształach SiC i są kluczowym źródłem prądu wycieku w urządzeniachUżywając metody wzrostu w fazie ciekłej, te wychylenia śruby są gięte w kierunku pionowym i wytrzaskane z kryształu przez ściany boczne,znacząco zmniejsza gęstość zwichnięć w kryształach SiC.

Wyzwania związane z wzrostem w fazie płynnej obejmują zwiększenie tempa wzrostu, wydłużenie długości kryształów i poprawę morfologii powierzchni kryształów.

5. Metoda CVD o wysokiej temperaturze

Metoda CVD o wysokiej temperaturze jest kolejną techniką stosowaną do produkcji pojedynczych kryształów SiC. Metoda ta jest przeprowadzana w atmosferze wodoru o niskim ciśnieniu,z SiH4 i C3H8 jako gazy źródłowe krzemu i węglaUtrzymując podłoże SiC w temperaturach powyżej 2000°C,gazy źródłowe rozkładają się na cząsteczki takie jak SiC2 i Si2C w strefie rozkładu na gorącej ścianie i są transportowane na powierzchnię kryształu nasion, gdzie tworzą warstwę jednokrystaliczną.

Główne zalety metody CVD o wysokiej temperaturze obejmują wykorzystanie surowców o wysokiej czystości i precyzyjną kontrolę stosunku C/Si w fazie gazowej poprzez regulację przepływu gazu.Ta kontrola ma kluczowe znaczenie dla zarządzania gęstością defektów w kryształuPonadto szybkość wzrostu SiC może przekraczać 1 mm na godzinę.co zwiększa trudności w utrzymaniuPonadto reakcje gazowe wytwarzają cząstki, które mogą być włączone do kryształu jako zanieczyszczenia.

Metoda CVD o wysokiej temperaturze ma znaczący potencjał do produkcji wysokiej jakości kryształów SiC.i zmniejszona gęstość zwichnięć w porównaniu z metodą sublimacji.

6Metoda RAF: zaawansowana technika redukcji wad

Metoda RAF (Repeated A-Face) redukuje wady kryształów SiC poprzez wielokrotne cięcie kryształów nasion.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 stopniowo usuwane z kryształu, w wyniku czego powstają duże kryształy SiC o znacznie mniejszej liczbie wad.Zgłoszono, że gęstość zwichnięcia pojedynczych kryształów SiC wytworzonych metodą RAF jest o 1-2 rzędy wielkości niższa niż w przypadku standardowych kryształów SiC..

7Wniosek

Technologia przygotowywania pojedynczych kryształów SiC ewoluuje w kierunku szybszego wzrostu, zmniejszonej gęstości zwichnięć i wyższej wydajności.metody CVD o wysokiej temperaturze mają swoje zalety i wyzwaniaDzięki zastosowaniu nowych technologii, takich jak metoda RAF, jakość kryształów SiC nadal się poprawia.Z dalszą optymalizacją procesów i ulepszeniem sprzętu, techniczne wąskie gardła w rozwoju kryształów SiC zostaną przezwyciężone.

Rozwiązanie ZMSH dla poprawy produkcji i jakości płytek SiC

8 cali 200 mm 4H-N SiC Wafer Przewodzący Dummy Grade N-Type Research

Płytka z węglanu krzemowego jest głównie stosowana w produkcji diody SCHOttky, półprzewodnikowego tranzystora o działaniu pola oksydu metalu, tranzystora o działaniu pola połączenia, tranzystora dwubiegunowego połączenia, tirystora,z wyłączeniem tirystoru i izolowaną dwustronną bramką

Idealnie nadaje się do zastosowań mikrofluidicznych.