مرور کلی تکنولوژی رشد کریستال واحد SiC

مرور کلی تکنولوژی رشد کریستال واحد SiC

1مقدمه

کریستال های تک سیلیکون کاربید (SiC) در سال های اخیر به دلیل عملکرد برتر در دمای بالا، مقاومت در برابر لباس،و برنامه های کاربردی دستگاه های الکترونیکی با قدرت بالادر میان روش های آماده سازی مختلف، روش سبلیماسیون (پری حمل و نقل بخار فیزیکی، PVT) در حال حاضر روش اصلی برای رشد کریستال های تک سی سی است، اگرچه سایر تکنیک های رشد بالقوه،مانند رشد فاز مایع و رسوب بخار شیمیایی در دمای بالا (CVD)این مقاله یک مرور کلی از روش های رشد سی سی سی تک کریستال، مزایا و چالش های آنها را ارائه می دهد و روش RAF را به عنوان یک تکنیک پیشرفته برای کاهش نقص بررسی می کند.

2اصول و کاربردهای روش سبلیماسیون

از آنجایی که در فشار طبیعی هیچ SiC مایع استیکیومتری با نسبت 1: 1 Si به C وجود ندارد،روش رشد ذوب که معمولاً برای رشد کریستال تک سیلیکون استفاده می شود نمی تواند به طور مستقیم برای تولید انبوه کریستال SiC استفاده شود.بنابراین، روش سبلیماسیون به انتخاب اصلی تبدیل شده است. این روش از پودر SiC به عنوان مواد اولیه استفاده می کند، در یک گلدان گرافیت قرار داده می شود و یک زیربنای SiC به عنوان کریستال دانه است.گرادیان درجه حرارت، کمی بالاتر در سمت پودر، حمل مواد را هدایت می کند. دمای کلی به طور معمول بین 2000 °C و 2500 °C حفظ می شود.

شکل 1 یک طرح رشد کریستال تک SiC را با استفاده از روش اصلاح شده لیلی نشان می دهد. پودر SiC به حالت های مولکولی مانند Si2C، SiC2 و Si sublimates،در دمای بالاتر از 2000 درجه سانتیگراد در داخل یک گلدان گرافیتسپس این مولکول ها در یک جو بی اثر (معمولا آرگون با فشار پایین) به سطح کریستال دانه منتقل می شوند.اتم ها در سراسر سطح کریستال دانه پخش می شوند و در سایت های رشد گنجانده می شوند، به تدریج رشد کریستال تک سی سی. نیتروژن می تواند در طول دوپینگ نوع n وارد شود.

3مزایا و چالش های روش سبلیماسیون

روش سبلیماسیون در حال حاضر به طور گسترده ای برای آماده سازی کریستال های تک سی سی استفاده می شود.نرخ رشد کریستال های SiC نسبتاً کند است.در حالی که کیفیت به تدریج بهبود می یابد، کریستال ها هنوز تعداد زیادی از انحرافات و نقص های دیگر را دارند.از طریق بهینه سازی مداوم گرادیانت دمایی و حمل مواد، برخی از نقص ها به طور موثر کنترل شده اند.

4روش رشد فاز مایع

روش رشد فاز مایع شامل رشد SiC از طریق محلول است. با این حال، از آنجا که محلولیت کربن در یک حلال سیلیکون بسیار پایین است،عناصر مانند تیتانیوم و کروم به طور معمول به حلال اضافه می شوند تا محلولیت کربن را افزایش دهندکربن توسط یک گلدان گرافیت تامین می شود و دمای سطح کریستال دانه نسبتا پایین تر است. دمای رشد به طور کلی بین 1500 °C و 2000 °C تنظیم می شود.کمتر از روش سبلیماسیونسرعت رشد مرحله مایع می تواند به چند صد میکرومتر در ساعت برسد.

یکی از مزایای اصلی روش رشد فاز مایع توانایی آن برای کاهش قابل توجهی از تراکم انحراف پیچ در امتداد جهت [0001] است.این انحرافات در کریستال های SiC موجود به شدت وجود دارد و منبع اصلی جریان نشت در دستگاه ها استبا استفاده از روش رشد فاز مایع، این انحراف پیچ به سمت عمودی خم شده و از کریستال از طریق دیواره های جانبی پاک می شود،به طور قابل توجهی کاهش تراکم انحلال در کریستال های SiC.

چالش های رشد فاز مایع شامل افزایش سرعت رشد، افزایش طول کریستال ها و بهبود مورفولوژی سطح کریستال ها است.

5روش CVD با دمای بالا

روش CVD با دمای بالا یک روش دیگر برای تولید یک کریستال واحد SiC است. این روش در یک جو هیدروژن با فشار پایین انجام می شود.با SiH4 و C3H8 که به عنوان گازهای منبع سیلیکون و کربن عمل می کنندبه ترتیب، با حفظ زیربنای SiC در دمای بالاتر از 2000°C،گازهای منبع در منطقه تجزیه دیواره گرم به مولکول هایی مانند SiC2 و Si2C تجزیه می شوند و به سطح کریستال دانه منتقل می شوند.، جایی که آنها یک لایه تک کریستالی تشکیل می دهند.

مزایای اصلی روش CVD با دمای بالا شامل استفاده از گازهای خام با پاکیزه ی بالا و کنترل دقیق نسبت C/Si در فاز گازی با تنظیم سرعت جریان گاز است.این کنترل برای مدیریت تراکم نقص در کریستال بسیار مهم استعلاوه بر این، نرخ رشد در سی سی سی به صورت عمده می تواند بیش از 1 میلی متر در ساعت باشد. با این حال، یکی از نکات منفی انباشت قابل توجهی از محصولات جانبی واکنش در کوره رشد و لوله های خروجی است.که مشکل نگهداری را افزایش می دهد.علاوه بر این، واکنش های فاز گازی ذرات تولید می کنند که می توانند به عنوان ناخالصی در کریستال گنجانده شوند.

روش CVD با دمای بالا پتانسیل قابل توجهی برای تولید کریستال های SiC با کیفیت بالا دارد. توسعه مداوم برای دستیابی به هزینه های پایین تر، بهره وری بالاتر،و تراکم انحلال کاهش یافته در مقایسه با روش سبلیماسیون.

6روش RAF: یک تکنیک پیشرفته برای کاهش نقص

روش RAF (Repeated A-Face) نقص های کریستال های SiC را با برش مکرر کریستال های دانه کاهش می دهد.یک کریستال دانه که عمودی به جهت [0001] برش داده شده است، از کریستال رشد یافته در جهت [0001] گرفته می شود.سپس، یک کریستال دانه دیگر عمودی به این جهت رشد جدید برش داده می شود و کریستال های تک سی سی بیشتر رشد می کنند.انحرافات به تدریج از کریستال پاک می شوند، که در نتیجه کریستال های سی سی سی با نقص های کمتر به طور قابل توجهی تولید می شود.گزارش شده است که تراکم انحلال کریستال های تک سی سی تولید شده توسط روش RAF 1 تا 2 درجه کوچکتر از کریستال های استاندارد سی سی است..

7نتیجه گیری

تکنولوژی آماده سازی یک کریستال SiC در حال تکامل به سمت نرخ رشد سریعتر، کاهش تراکم انحلال و بهره وری بالاتر است. روش تزئینی، روش رشد فاز مایع،و روش CVD با دمای بالا هرکدام مزایا و چالش های خود را دارندبا استفاده از فن آوری های جدید مانند روش RAF، کیفیت کریستال های SiC همچنان بهبود می یابد.با بهینه سازی بیشتر فرآیندها و بهبود تجهیزاتانتظار می رود که تنگه های فنی در رشد کریستال SiC از بین برود.

راه حل ZMSH برای بهبود تولید و کیفیت Wafer SiC

8 اینچ 200 میلی متر 4H-N سی سی وافرهای هدایت کننده ساختگی درجه N-نوع تحقیق

سیلیکون کاربید وافر عمدتا در تولید دیود SCHOttky، ترانزیستور اثر میدان نیمه هادی اکسید فلز، ترانزیستور اثر میدان اتصال، ترانزیستور اتصال دوقطبی، ترانزیستورتایریستور خاموش و دو قطب گیت عایق

برای کاربردهای مایکروفلوییدیک مناسب است. برای کاربردهای میکروالکترونیک یا MEMS، لطفا برای مشخصات دقیق با ما تماس بگیرید.