Übersicht über die SiC-Einzelkristallwachstumstechnologie

Übersicht über die SiC-Einzelkristallwachstumstechnologie

1Einführung

Die einzelnen Kristalle aus Siliziumkarbid (SiC) haben in den letzten Jahren aufgrund ihrer überlegenen Leistung bei hohen Temperaturen, Verschleißbeständigkeit,und Anwendungen für leistungsstarke elektronische GeräteUnter den verschiedenen Zubereitungsmethoden ist die Sublimationsmethode (Physical Vapor Transport, PVT) derzeit die primäre Methode für den Anbau von SiC-Einzelkristallen, obwohl andere mögliche Anbautechnikenwie Flüssigphasenwachstum und hochtemperatur chemische Dampfdeposition (CVD)In diesem Artikel wird ein Überblick über SiC-Einkristallwachstumsmethoden, ihre Vorteile und Herausforderungen gegeben und die RAF-Methode als fortschrittliche Technik zur Defektreduktion diskutiert.

2- Grundsätze und Anwendungen der Sublimationsmethode

Da es unter normalem Druck kein stechiometrisches SiC in flüssiger Phase mit einem Si-C-Verhältnis von 1:1 gibt,Die für das Wachstum von Silizium-Einkristallen übliche Methode des Schmelzwuchses kann nicht direkt auf die Massenproduktion von SiC-Kristallen angewendet werden.So ist die Sublimationsmethode zur Mainstream-Wahl geworden. Diese Methode verwendet SiC-Pulver als Rohmaterial, das in einen Graphit-Kriegel gelegt wird, und ein SiC-Substrat als Samenkristall.Ein TemperaturgradientDie Gesamttemperatur wird typischerweise zwischen 2000°C und 2500°C gehalten.

Abbildung 1 zeigt ein Schema des Wachstums von SiC-Einkristallen mit der modifizierten Lely-Methode.bei Temperaturen über 2000°C in einem GraphitgrußDiese Moleküle werden dann in einer inerten Atmosphäre (typischerweise Niederdruck-Argon) an die Oberfläche des Samenkristalls transportiert.Die Atome diffundieren über die Kristalloberfläche des Saatguts und integrieren sich in Wachstumsstellen.Während des n-Typ-Dopings kann Stickstoff eingeführt werden.

3Vorteile und Herausforderungen der Sublimationsmethode

Die Sublimationsmethode wird derzeit weit verbreitet zur Herstellung von SiC-Einzelkristallen verwendet.Die Wachstumsrate der SiC-Kristalle ist relativ langsam.Während sich die Qualität allmählich verbessert, enthalten die Kristalle immer noch eine große Anzahl von Verrutschungen und anderen Defekten.Durch die kontinuierliche Optimierung des Temperaturgradienten und des Materialtransports, wurden einige Mängel wirksam beseitigt.

4. Wachstumsmethode in flüssiger Phase

Bei der Wachstumsmethode in flüssiger Phase wird SiC durch eine Lösung angebaut.Elemente wie Titan und Chrom werden typischerweise dem Lösungsmittel zugesetzt, um die Kohlenstofflöslichkeit zu erhöhenDie Kohlenstoffzufuhr erfolgt durch einen Graphit-Kiegel, und die Temperatur auf der Oberfläche des Samenkristalls ist relativ niedriger.niedriger als bei der SublimationsmethodeDie Wachstumsgeschwindigkeit der Flüssigphase kann mehrere hundert Mikrometer pro Stunde erreichen.

Ein großer Vorteil der Wachstumsmethode in Flüssigphase ist ihre Fähigkeit, die Dichte der Schraubverlagerungen in Richtung [0001] deutlich zu reduzieren.Diese Dislokationen sind in vorhandenen SiC-Kristallen dicht vorhanden und sind eine wichtige Quelle für Leckageströme in GerätenDurch den Einsatz der Wachstumsmethode der Flüssigphase werden diese Schraubverläufe in senkrechte Richtung gebogen und durch die Seitenwände aus dem Kristall gefegt.die Verlagerungsdichte in SiC-Kristallen signifikant verringert.

Zu den Herausforderungen des Wachstums in flüssiger Phase gehören die Erhöhung der Wachstumsrate, die Verlängerung der Länge der Kristalle und die Verbesserung der Oberflächenmorphologie der Kristalle.

5. Hochtemperatur-CVD-Methode

Die Hochtemperatur-CVD-Methode ist eine weitere Technik, die zur Herstellung von SiC-Einkristallen verwendet wird.mit SiH4 und C3H8 als Silizium- und KohlenstoffquellgaseDurch Aufrechterhaltung des SiC-Substrats bei Temperaturen über 2000°Cdie Quellgase zerfallen in Moleküle wie SiC2 und Si2C in der Zone der Zersetzung mit Heißwand und werden zur Oberfläche des Samenkristalls transportiert, wo sie eine einkristalline Schicht bilden.

Zu den Hauptvorteilen der Hochtemperatur-CVD-Methode gehören die Verwendung von hochreinen Rohgasen und die präzise Steuerung des C/Si-Verhältnisses in der Gasphase durch Regulierung des Gasdurchflusses.Diese Kontrolle ist entscheidend für die Verwaltung der Defektdichte im Kristall- Die Wachstumsrate von SiC im Schüttgut kann jedoch 1 mm pro Stunde übersteigen. Ein Nachteil ist jedoch die erhebliche Ansammlung von Reaktionsnebenprodukten im Wachstumsöfen und in den Abgasleitungen.die die Wartung erschwertAußerdem erzeugen Gasphasenreaktionen Partikel, die als Verunreinigungen in den Kristall aufgenommen werden können.

Die Hochtemperatur-CVD-Methode bietet ein erhebliches Potenzial für die Herstellung hochwertiger SiC-Kristalle in großen Mengen.und reduzierte Dislokationsdichte im Vergleich zur Sublimationsmethode.

6. RAF-Methode: eine fortschrittliche Technik zur Verringerung von Defekten

Die RAF-Methode (Repeated A-Face) verringert die Defekte in SiC-Kristallen durch wiederholtes Schneiden von Samenkristallen.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.Die Verwerfungen werden allmählich aus dem Kristall weggefegt., was zu großen SiC-Kristallen mit deutlich weniger Defekten führt.Es wurde berichtet, dass die Dislokationsdichte der durch die RAF-Methode erzeugten SiC-Einzelkristalle 1 bis 2 Größenordnungen niedriger ist als die der Standard-SiC-Kristalle..

7Schlussfolgerung.

Die SiC-Einkristallzubereitungstechnologie entwickelt sich zu schnelleren Wachstumsraten, reduzierter Dislokationsdichte und höherer Produktivität.und hochtemperatur-CVD-Methode haben jeweils ihre Vorteile und HerausforderungenMit der Anwendung neuer Technologien wie der RAF-Methode verbessert sich die Qualität der SiC-Kristalle weiter.mit weiterer Optimierung der Prozesse und Verbesserungen der Ausrüstung, sollen die technischen Engpässe beim Wachstum von SiC-Kristallen überwunden werden.

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