لمحة عامة عن تكنولوجيا نمو الكريستال الواحد SiC

لمحة عامة عن تكنولوجيا نمو الكريستال الواحد SiC

1مقدمة

لقد جذبت بلورات الكربيد السيليكونية (SiC) الفردية اهتمامًا واسعًا في السنوات الأخيرة بسبب أدائها المتفوق في درجات الحرارة العالية ، المقاومة للاستعمال ،وتطبيقات الأجهزة الإلكترونية عالية الطاقةمن بين طرق التحضير المختلفة ، طريقة الترقية (نقل البخار المادي ، PVT) هي في الوقت الحالي الطريقة الأساسية لزراعة بلورات SiC الفردية ، على الرغم من أن تقنيات النمو الأخرى المحتملة ،مثل نمو المرحلة السائلة وترسب البخار الكيميائي عالي درجة الحرارة (CVD)ستقدم هذه المقالة لمحة عامة عن طرق نمو بلورات سي سي واحدة، ومزاياها وتحدياتها، وتناقش طريقة RAF باعتبارها تقنية متقدمة للحد من العيوب.

2مبادئ وتطبيقات طريقة الترقية

وبما أنه لا توجد سي سي في مرحلة سائلة مع نسبة 1: 1 سي إلى سي تحت الضغط الطبيعي،لا يمكن تطبيق طريقة نمو الذوبان المستخدمة عادة لنمو بلورات السيليكون الواحدة مباشرة على إنتاج بلورات SiC بكميات كبيرةوبالتالي ، أصبحت طريقة الترقية هي الخيار الرئيسي. تستخدم هذه الطريقة مسحوق SiC كمادة خام ، وضعت في مهبل الجرافيت ، وترتيب SiC ككريستال البذور.منحدر درجة الحرارة، أعلى قليلاً على جانب المسحوق ، يدفع نقل المواد. عادة ما يتم الحفاظ على درجة الحرارة الإجمالية بين 2000 °C و 2500 °C.

يظهر الشكل 1 مخططًا لنمو بلورات SiC الواحدة باستخدام طريقة ليلي المعدلة. يرتفع مسحوق SiC إلى حالات جزيئية ، مثل Si2C و SiC2 و Si ،في درجات حرارة تزيد عن 2000 درجة مئوية داخل صهريج الجرافيتثم يتم نقل هذه الجزيئات إلى سطح بلورة البذور في جو خامل (عادة الأرجون منخفض الضغط).الذرات تنتشر عبر سطح بلور البذور وتدمج في مواقع النمويمكن إدخال النيتروجين أثناء المنشطات من النوع n.

3مزايا وتحديات طريقة التخفيف

يتم استخدام طريقة الترطيب على نطاق واسع حاليًا لإعداد بلورات واحدة من SiC. ومع ذلك ، مقارنةً بطريقة نمو الذوبان لبلورات واحدة من السيليكون ،معدل نمو بلورات SiC بطيء نسبياًفي حين أن الجودة تتحسن تدريجيا، والبلورات لا تزال تحتوي على عدد كبير من الانحرافات وغيرها من العيوب.من خلال تحسين مستمر لتدرج درجة الحرارة ونقل المواد، تم السيطرة على بعض العيوب بشكل فعال.

4طريقة نمو المرحلة السائلة

طريقة نمو المرحلة السائلة تنطوي على نمو SiC من خلال محلول. ومع ذلك، نظرًا لأن ذوبان الكربون في محلول السيليكون منخفض للغاية،عادة ما يتم إضافة عناصر مثل التيتانيوم والكروم إلى المذيب لزيادة ذوبان الكربونيتم توفير الكربون بواسطة مهبل الجرافيت، ودرجة الحرارة على سطح بلورة البذور أقل نسبياً. يتم تحديد درجة حرارة النمو بشكل عام بين 1500 درجة مئوية و 2000 درجة مئوية،منخفضة من طريقة الترقيةمعدل نمو مرحلة السائل يمكن أن يصل إلى عدة مئات من الميكرومترات في الساعة.

إحدى المزايا الرئيسية لطريقة نمو المرحلة السائلة هي قدرتها على تقليل كثافة خلل المسامير الممتدة على طول الاتجاه [0001].هذه الانحرافات موجودة بكثافة كبيرة في بلورات SiC الحالية وهي مصدر رئيسي لتسرب التيار في الأجهزةباستخدام طريقة نمو المرحلة السائلة، يتم ثني هذه الانحرافات المسمارية في الاتجاه الرأسي ومسح من الكريستال من خلال الجدران الجانبية،تخفيض كثافة الانحراف بشكل كبير في بلورات SiC.

تشمل تحديات نمو المرحلة السائلة زيادة معدل النمو، وتوسيع طول البلورات، وتحسين تشكيل سطح البلورات.

5طريقة CVD عالية الحرارة

طريقة CVD عالية درجة الحرارة هي تقنية أخرى تستخدم لإنتاج بلور واحد SiC. يتم إجراء هذه الطريقة في جو الهيدروجين بضغط منخفض ،مع SiH4 و C3H8 بمثابة غازات مصدر السيليكون والكربونمن خلال الحفاظ على الركيزة SiC في درجات حرارة فوق 2000 درجة مئوية،غازات المصدر تتحلل إلى جزيئات مثل SiC2 و Si2C في منطقة تحلل الحائط الساخن ويتم نقلها إلى سطح بلور البذورحيث تشكل طبقة بلورية واحدة.

وتشمل المزايا الرئيسية لطريقة CVD ذات درجة حرارة عالية استخدام غازات خام عالية النقاء والتحكم الدقيق في نسبة C/Si في المرحلة الغازية عن طريق تنظيم معدل تدفق الغاز.هذا السيطرة حاسمة لإدارة كثافة العيب في الكريستالبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يتجاوز معدل النمو في SiC السائبة 1 مليمتر في الساعة. ومع ذلك، هناك جانب سلبي واحد هو التراكم الكبير للمنتجات الجانبية للتفاعل في فرن النمو وأنابيب العادم،مما يزيد من صعوبة الصيانةعلاوة على ذلك، توليد تفاعلات الغازات الجسيمات التي يمكن دمجها في الكريستال كشوائب.

طريقة CVD عالية درجة الحرارة تحتوي على إمكانات كبيرة لإنتاج بلورات SiC بكميات كبيرة عالية الجودة.وتقلل كثافة الانحلال مقارنة مع طريقة الترقية.

6طريقة RAF: تقنية متقدمة للحد من العيوب

تقليل العيوب في بلورات سيكو من خلال تكرار قطع بلورات البذوريتم أخذ بلورات بذور مقطعة عمودياً على اتجاه [0001] من بلورات تزرع على طول اتجاه [0001]ثم يتم قطع بلورة بذرة أخرى عمودياً على هذا الاتجاه الجديد للنمو، ويتم زراعة المزيد من بلورات السيكس.يتم مسح الانقباضات تدريجيا من الكريستال، مما يؤدي إلى بلورات SiC السائبة مع عيوب أقل بكثير.تم الإبلاغ عن أن كثافة خلع بلورات SiC الفردية المنتجة بواسطة طريقة RAF هي من 1 إلى 2 أوضاع منخفضة عن بلورات SiC القياسية.

7الاستنتاج

تكنولوجيا تحضير بلورات سي سي واحدة تتطور نحو معدلات نمو أسرع، وانخفاض كثافة الانحلال، وارتفاع الإنتاجية.والطريقة عالية درجة الحرارة CVD كل لديه مزاياه وتحدياتهمع تطبيق تقنيات جديدة مثل طريقة RAF ، تستمر جودة بلورات SiC في التحسن.مع مزيد من تحسين العمليات وتحسينات في المعدات، من المتوقع أن تتغلب على العقبات التقنية في نمو بلورات SiC.

حل ZMSH لتحسين إنتاج وجودة لوحات SiC

8 بوصة 200 ملم 4H-N سيك وافر موصل الدرجة الاصطناعية N-نوع البحوث

يتم استخدام رقاقة الكربيد السيليكون بشكل رئيسي في إنتاج ثنائيات SCHOttky ، ترانزستور تأثير المجال نصف الموصل أكسيد المعدن ، ترانزستور تأثير المجال التقاطع ، ترانزستور التقاطع الثنائي القطب ، ترانزستور ،ثيريستور إيقاف وتعزيل البوابة ثنائية القطب

مثالية لتطبيقات الميكروفلوديكس. للتطبيقات الميكروإلكترونية أو MEMS، يرجى الاتصال بنا لمواصفات مفصلة.