Tecnología de crecimiento de cristal único de SiC
Bajo presión normal, no hay fase líquida SiC con una relación estequiométrica de Si
es igual a 1:1Por lo tanto, el método que utiliza la fusión como materia prima, comúnmente utilizado para el crecimiento de cristales de silicio, no puede aplicarse al crecimiento de cristales de SiC a granel.El transporte físico de vapor) se empleaEn este proceso, el polvo de SiC se utiliza como materia prima, colocado en un crisol de grafito junto con un sustrato de SiC como el cristal de semilla,y se establece un gradiente de temperatura con el lado del polvo de SiC ligeramente más calienteLa temperatura total se mantiene entonces entre 2000°C y 2500°C. El método de sublimación que utiliza cristales de semilla de SiC se conoce ahora como el método Lely modificado,que se utiliza ampliamente para la producción de sustratos de SiC.
La figura 1 muestra un diagrama esquemático del crecimiento del cristal de SiC utilizando el método Lely modificado.,Los átomos suministrados se mueven a través de la superficie del cristal de semilla y se incorporan a las posiciones donde se está formando el cristal,por lo tanto, el crecimiento a granel de los cristales simples de SiCSe utiliza una atmósfera inerte, típicamente argón a baja presión, y se introduce nitrógeno durante el dopaje de tipo n.
El método de sublimación se utiliza actualmente ampliamente para la preparación de cristales simples de SiC.en comparación con el método que utiliza líquido fundido como materia prima para el crecimiento de cristales simples de SiAunque la calidad está mejorando gradualmente, los cristales todavía contienen muchas dislocaciones y otros problemas.
Además del método de sublimación,También se han hecho intentos para preparar cristales individuales de SiC a granel utilizando métodos como el crecimiento en fase líquida a través de una solución o la deposición de vapor químico a alta temperatura (CVD).La figura 2 muestra un diagrama esquemático del método de crecimiento en fase líquida para los cristales simples de SiC.
En primer lugar, respecto al método de crecimiento en fase líquida, la solubilidad del carbono en un disolvente de silicio es muy baja.Se añaden elementos como Ti y Cr al disolvente para aumentar la solubilidad del carbono.El carbono es suministrado por un crisol de grafito, y el cristal único de SiC crece en la superficie del cristal de semilla a una temperatura ligeramente más baja.La temperatura de crecimiento se establece normalmente entre 1500°C y 2000°CSe ha informado que la tasa de crecimiento puede alcanzar varios cientos de micrómetros por hora.
La ventaja del método de crecimiento de fase líquida para SiC es que, cuando los cristales crecen a lo largo de la dirección [0001], las dislocaciones que se extienden en la dirección [0001] pueden doblarse en la dirección vertical,Barrándolos fuera del cristal a través de las paredes laterales.Las dislocaciones de los tornillos que se extienden a lo largo de la dirección [0001] están densamente presentes en los cristales de SiC existentes y son una fuente de corriente de fuga en los dispositivosLa densidad de las dislocaciones de los tornillos se reduce significativamente en los cristales de SiC preparados mediante el método de crecimiento en fase líquida.
Los desafíos en el crecimiento de la solución incluyen aumentar la tasa de crecimiento, extender la longitud de los cristales cultivados y mejorar la morfología superficial de los cristales.
La deposición química de vapor a alta temperatura (CVD) del crecimiento de los cristales simples de SiC implica el uso de SiH4 como fuente de silicio y C3H8 como fuente de carbono en una atmósfera de hidrógeno a baja presión,con un valor de destilación de más de 0,05 mmol/l,Los gases en bruto introducidos en el horno de crecimiento se descomponen en moléculas tales como SiC2 y Si2C en la zona de descomposición rodeada de pared caliente, y éstas son transportadas a la superficie del cristal de semilla,donde se cultiva SiC monocristalino.
Las ventajas del método CVD de alta temperatura incluyen la capacidad de utilizar gases en bruto de alta pureza y, mediante el control del caudal de gas, la relación C/Si en la fase gaseosa puede controlarse con precisión,que es un parámetro de crecimiento importante que afecta la densidad de defectosEn el caso del crecimiento del SiC a granel, se puede alcanzar una tasa de crecimiento relativamente rápida, superior a 1 mm/h.las desventajas del método CVD a alta temperatura incluyen la acumulación significativa de subproductos de reacción dentro del horno de crecimiento y las tuberías de escape.Además, las reacciones de fase gaseosa generan partículas en el flujo de gas, que pueden convertirse en impurezas en el cristal.
El método CVD de alta temperatura tiene un gran potencial como método para producir cristales de SiC a granel de alta calidad.mayor productividad, y menor densidad de dislocación en comparación con el método de sublimación.
Además, se informa que el método RAF (Repeated A-Face) es una técnica basada en la sublimación que produce cristales de SiC a granel con menos defectos.se extrae un cristal de semilla cortado perpendicularmente a la dirección [0001] de un cristal cultivado a lo largo de la dirección [0001]Luego, otro cristal de semilla se corta perpendicular a esta nueva dirección de crecimiento, y se cultivan otros cristales individuales de SiC.las dislocaciones son barridas fuera del cristal, lo que resulta en cristales de SiC a granel con menos defectos.La densidad de dislocación de los cristales de SiC preparados mediante el método RAF se informa de 1 a 2 órdenes de magnitud inferior a la de los cristales de SiC estándar..
ZMSH Solución para obleas de SiC
Una oblea de SiC es un material semiconductor que tiene excelentes propiedades eléctricas y térmicas.Además de su alta resistencia térmica, también presenta un nivel muy alto de dureza.
