SiC-Einzelkristallwachstumstechnologie

SiC-Einzelkristallwachstumstechnologie

Unter normalem Druck gibt es keine flüssige Phase SiC mit einem stechiometrischen Verhältnis von Si

gleich 1:1Daher kann das Verfahren, bei dem Schmelz als Rohstoff verwendet wird, das üblicherweise für das Wachstum von Siliziumkristallen verwendet wird, nicht auf das Wachstum von SiC-Kristallen in großen Mengen angewendet werden.Der Transport von physischen Dampftransporten) wird verwendet.Bei diesem Verfahren wird SiC-Pulver als Rohstoff verwendet, der zusammen mit einem SiC-Substrat als Samenkristall in einen Graphit-Kriegel gelegt wird.und ein Temperaturgradient wird hergestellt, wobei die SiC-Pulverseite etwas heißer istDie Gesamttemperatur wird dann zwischen 2000°C und 2500°C gehalten. Das Sublimationsverfahren mit SiC-Samenkristallen wird nun als das modifizierte Lely-Verfahren bezeichnet.mit einem Gehalt an Kohlenwasserstoffen von mehr als 10 GHT.

Abbildung 1 zeigt ein schematisches Diagramm des SiC-Kristallwachstums mit der modifizierten Lely-Methode.,Die zugeführten Atome bewegen sich über die Oberfläche des Samenkristalls und werden in die Positionen integriert, in denen sich der Kristall bildet.Damit wachsen Massen SiC EinzelkristalleEs wird eine inerte Atmosphäre verwendet, typischerweise Argon unter niedrigem Druck, und während des N-Doping wird Stickstoff eingeführt.

Die Sublimationsmethode wird derzeit weit verbreitet zur Herstellung von SiC-Einzelkristallen verwendet.Verglichen mit der Methode, bei der geschmolzene Flüssigkeit als Rohstoff für das Wachstum von Si-Einkristallen verwendet wirdObwohl sich die Qualität allmählich verbessert, enthalten die Kristalle immer noch viele Verrutschungen und andere Probleme.

Zusätzlich zur SublimationsmethodeEs wurden auch Versuche unternommen, SiC-Einzelkristalle in großen Mengen mit Methoden wie dem Wachstum in flüssiger Phase durch eine Lösung oder chemische Dampfdeposition (CVD) bei hoher Temperatur herzustellen.Abbildung 2 zeigt ein schematisches Diagramm der Wachstumsmethode in flüssiger Phase für SiC-Einzelkristalle.

Erstens ist die Löslichkeit von Kohlenstoff in einem Siliziumlösungsmittel bei der Wachstumsmethode in flüssiger Phase sehr gering.Elemente wie Ti und Cr werden dem Lösungsmittel zugesetzt, um die Löslichkeit von Kohlenstoff zu erhöhen.Der Kohlenstoff wird durch einen Graphitgruß geliefert, und der SiC-Einkristall wächst an der Oberfläche des Samenkristalls bei einer etwas niedrigeren Temperatur.Die Wachstumstemperatur liegt typischerweise zwischen 1500°C und 2000°CEs wurde berichtet, daß die Wachstumsrate mehrere hundert Mikrometer pro Stunde erreichen kann.

Der Vorteil der Wachstumsmethode in Flüssigphase für SiC besteht darin, dass bei Wachstum von Kristallen in der Richtung [0001] Dislokationen in der Richtung [0001] in die vertikale Richtung gebogen werden können,Sie fegen sie aus dem Kristall durch die Seitenwände.Die Schraubverlagerungen entlang der Richtung [0001] sind in bestehenden SiC-Kristallen dicht vorhanden und sind eine Quelle für Leckageströme in GerätenDie Dichte der Schraubverlagerungen wird bei SiC-Kristallen, die mit der Wachstumsmethode der Flüssigphase hergestellt werden, signifikant reduziert.

Zu den Herausforderungen beim Lösungswachstum gehören die Erhöhung der Wachstumsrate, die Verlängerung der Länge der gewachsenen Kristalle und die Verbesserung der Oberflächenmorphologie der Kristalle.

Die chemische Dampfdeponierung (CVD) bei hoher Temperatur bei Wachstum von SiC-Einzelkristallen setzt die Verwendung von SiH4 als Siliziumquelle und C3H8 als Kohlenstoffquelle in einer Wasserstoffatmosphäre unter niedrigem Druck voraus.mit Wachstum an der Oberfläche eines SiC-Substrats bei hoher Temperatur (normalerweise über 2000°C)Die in den Wachstumsöfen eingeleiteten Rohgase zersetzen sich in Moleküle wie SiC2 und Si2C in der von der heißen Wand umgebenen Zersetzungszone und werden auf die Kristalloberfläche transportiert.in denen einkristallines SiC angebaut wird.

Die Vorteile der Hochtemperatur-CVD-Methode umfassen die Möglichkeit, hochreine Rohgase zu verwenden, und durch die Steuerung der Gasdurchflussrate kann das C/Si-Verhältnis in der Gasphase präzise gesteuert werden.der ein wichtiger Wachstumsparameter ist, der die Defektdichte beeinflusstBei einem großen SiC-Wachstum kann eine relativ schnelle Wachstumsrate von mehr als 1 mm/h erreicht werden.Die Nachteile der Hochtemperatur-CVD-Methode sind die erhebliche Ansammlung von Reaktionsnebenprodukten im Wachstumsöfen und in den Abgasleitungen.Darüber hinaus erzeugen Gasphasenreaktionen Partikel im Gasstrom, die zu Verunreinigungen im Kristall werden können.

Die Hochtemperatur-CVD-Methode bietet ein großes Potenzial für die Herstellung hochwertiger SiC-Schüttkristalle.höhere Produktivität, und eine geringere Dislokationsdichte im Vergleich zur Sublimationsmethode.

Darüber hinaus wird die RAF-Methode (Repeated A-Face) als sublimationsbasierte Technik berichtet, die Massen SiC-Kristalle mit weniger Defekten erzeugt.ein Samenkristall, der senkrecht zur Richtung [0001] geschnitten wurde, wird aus einem Kristall entnommen, der in Richtung [0001] angebaut wurdeDann wird ein weiterer Samenkristall senkrecht zu dieser neuen Wachstumsrichtung geschnitten, und weitere SiC-Kristalle werden angebaut.Ausrutsche werden aus dem Kristall weggefegt, wodurch sich große SiC-Kristalle mit weniger Defekten ergeben.Die Dislokationsdichte von SiC-Kristallen, die mit der RAF-Methode hergestellt werden, ist um 1 bis 2 Größenordnungen niedriger als die der Standard-SiC-Kristalle..

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