Uchinchi avlod yarimo'tkazgich sifatida kremniy karbid (SiC) kremniynikidan ustun bo'lgan elektr va issiqlik xususiyatlariga ega bo'lib, uni yuqori{1}}haroratli, yuqori{2}}chastotali, yuqori-kuchli va yuqori kuchlanishli qurilmalarni ishlab chiqarish uchun ideal materiallardan biriga aylantiradi. SiC - kremniy va ugleroddan tashkil topgan birikma. Kremniy atomlari va uglerod atomlari tetraedral tuzilishni hosil qiladi. SiC kristallari 200 dan ortiq ma'lum politiplarga ega, ular kremniy atom qatlamlari va uglerod atomi qatlamlarini turli yo'llar bilan almashtirish orqali hosil bo'ladi. Eng keng tarqalganlari 3C-SiC (kubik struktura yoki -SiC), 4H-SiC va 6H-SiC (ikkalasi olti burchakli tuzilmalar yoki -SiC).
3C-SiC
3C-SiC eng oddiy SiC politipi boʻlib, kubik-toʻplangan tuzilishga ega. Bu tuzilishda kremniy va uglerod atomlari uch oʻlchovli fazoda oʻziga xos tarzda joylashib, yuqori simmetrik kristall tuzilmani hosil qiladi. Simmetriyasi tufayli 3C-SiC nisbatan past elektron va optik xususiyatlarga ega va hozirda amaliy dasturlarda nisbatan kam qo‘llaniladi.
4H-SiC va 6H-SiC
3C-SiC dan farqli oʻlaroq, 4H-SiC va 6H-SiC olti burchakli yaqin{6}}oʻralgan tuzilmalarga ega. Bu ikki politip elektronlar harakatchanligi, issiqlik oʻtkazuvchanligi va tarmoqli oraligʻi boʻyicha 3C-SiC dan ustundir. 4H-SiC yuqori elektron harakatchanligiga ega, bu esa uni yuqori-chastotali va yuqori-quvvatli elektron qurilmalar uchun ideal qiladi. U yangi energiya vositalari va 5G aloqasi kabi sohalarda keng qoʻllaniladi va hozirgi SiC ishlab chiqaruvchilari asosan 4H-SiC. 6H-SiC kattaroq tarmoqli oraligʻiga ega va shuning uchun yuqori-harorat va yuqori-radiatsiya muhitida yaxshi ishlaydi.
SiC yagona kristallari uchun o'sish texnologiyalari
Hozirgi vaqtda SiC kristallarining o'sishi uchun ishlatiladigan asosiy texnologiyalar bug'ning jismoniy tashilishi (PVT), yuqori{0}}haroratli kimyoviy bug'larning cho'ktirilishi (HTCVD) va-to'plangan eritmaning o'sishi (TSSG) ni o'z ichiga oladi. Ular orasida PVT hozirda Xitoyda va xorijda eng etuk va eng ko'p qo'llaniladigan SiC monokristal-o'stirish usuli hisoblanadi.
Jismoniy bug'larni tashish (PVT) usuli
Jismoniy bug 'tashuvi (PVT) SiC monokristallarining tijorat o'sishi uchun keng qo'llaniladigan usuldir. U 1955 yilda Lely tomonidan sublimatsiya jarayoni orqali ishlab chiqilgan Lely usulidan ishlab chiqilgan. Biroq, Lely usuli monokristal o'sishini samarali nazorat qila olmaydi. 1977 yilda Tairov va Tsvetkov birinchi bo'lib SiC monokristallarini etishtirish uchun urug'li sublimatsiyadan foydalanganlar; bu usul "o'zgartirilgan Lely usuli" yoki PVT usuli deb ham ataladi.
PVT da grafit tigelning yuqori qismiga urug 'kristal, pastki qismiga esa yuqori-soflikdagi SiC kukuni qo'yiladi. Tigeldan tashqarida issiqlik izolyatsiyasi qatlami mavjud; induksion isitish batareyasi izolyatsiya qatlamidan tashqarida va sovutish suvi lasan ichida. Tigel ichida harorat va harorat gradientini nazorat qilish orqali SiC kukuni gazsimon holatga aylanadi va urug 'kristaliga o'tkaziladi, bu erda kristall o'sishi sodir bo'ladi. PVT uchun xom ashyo yuqori-soflik SiC kukunidir va o'sish harorati 2100 daraja -2500 daraja. Hozirgi vaqtda ba'zi mahalliy SiC ishlab chiqaruvchilari ushbu usulni asosiy ishlab chiqarish usuli sifatida ishlatishadi. Kamchiliklari - yuqori o'sish harorati, yuqori quvvat sarfi va yuqori narx; yetishtirilgan kristallarda ko'plab nuqsonlar mavjud bo'lib, ular qurilmaning ishlashi va xizmat muddatiga ta'sir qiladi.
PVT SiC o'sish texnologiyasi allaqachon juda etuk bo'lsa-da, haqiqiy ishlab chiqarishda quyidagi muammolar saqlanib qolmoqda: SiC monokristallarining PVT o'sishida politipli o'tishlar osonlik bilan yuzaga keladi, bu esa polikristalli qo'shimchalarga olib keladi. SiC kristalining o'sishi paytida bitta politipni nazorat qilish murakkab masala. Misol tariqasida asosiy 4H-SiC monokristallarini oladigan bo‘lsak, bitta politipning barqaror o‘sishiga urug‘ kristalining qutblanishi, o‘sish harorati, o‘sish bosimi, bug‘-fazasi Si/C nisbati va doping turi kabi ko‘plab omillar ta’sir ko‘rsatadi, bu esa SiC politipini aniq tartibga solishni qiyinlashtiradi. SiC monokristallarining PVT o'sishi paytida pechda haroratni aniq nazorat qilish ham katta muammo bo'lib qolmoqda. Bundan tashqari, PVT yuqori haroratlarda gazni tashish va reaktsiya jarayonlariga tayanadi, bu esa gaz oqimiga, reaktsiya kinetikasiga va hokazolarga yuqori talablarni qo'yadi.
Yuqori -haroratdagi kimyoviy bugʻlarni choʻktirish (HTCVD) usuli
Yuqori haroratli kimyoviy bug'larni cho'ktirish (HTCVD) usulida SiC urug'i kristali grafitdan yasalgan tigelga joylashtiriladi. Silan va uglerod{2}}xomashyo sifatidagi prekursor gazi doimiy ravishda tigelga pastki reaktor orqali kiradi. Keyin silan to'g'ridan-to'g'ri Si klasterlariga pirolizlanadi, ular ugleroddagi uglevodorodlar (CxHy) bilan -kashshof gaz bilan reaksiyaga kirishib, urug' kristali ostida SiC monokristalini hosil qiladi.
PVT bilan solishtirganda, HTCVD tozaligi yuqoriroq xomashyodan foydalanadi va xom ashyoning ozuqa tezligini, C/Si nisbatini va o'sish jarayonida o'sish haroratini aniq nazorat qila oladi, shu bilan yuqori sifatli SiC kristallarini ishlab chiqaradi. Bundan tashqari, tashuvchi gazning to'g'ridan-to'g'ri pirolizlanishi HTCVD ga boshqa usullarga qaraganda yuqori energiya samaradorligini beradi va yuqori{3}}tezlikdagi tashuvchi gaz piroliz natijasida olingan klasterlarning SiC urug'i kristaliga yetib borishiga yordam beradi, shuning uchun HTCVD SiC kristallarini boshqa usullarga qaraganda tezroq o'stiradi.
HTCVD yuqori kristall sifati, tez o'sish tezligi va uzluksiz oziqlantirish kabi afzalliklarga ega. Biroq, o'stirish uskunalari va yuqori{1}}toza gazlar qimmat bo'lganligi sababli, bu usul yuqori ishlab chiqarish xarajatlariga ega va uni tijoratlashtirish jarayoni sekin. Shu bilan birga, SiC monokristallarining HTCVD o'sishida, chunki SiH4 va C3H8 yuqori haroratda parchalanishi va SiC urug'ida nihoyat o'sib boradigan kristallar paydo bo'lishidan oldin turli reaktsiyalarga kirishishi kerak, agar manba gaz juda tez parchalansa, gaz kirishi bloklanadi; agar manba gaz juda sekin parchalansa, reaksiyaga kirmagan gaz gaz chiqishida qoladi va blokirovkaga olib keladi. Bu HTCVD SiC monokristalli{7}}o'stirish uskunasini nisbatan beqaror qiladi. Bundan tashqari, HTCVD bo'yicha joriy tadqiqotlar etarli emas, jarayon hali etuk emas va u hali ham R&D bosqichida, shuning uchun SiC monokristallarining HTCVD o'sishi sanoatda keng qo'llanilmaydi.
Top-Seeded Solution Growth (TSSG) usuli
Yuqori{0}}urugʻli eritma oʻsishi (TSSG) usulida kremniy manbai kremniy eritmasi, uglerod manbai esa yuqori-tozalikdagi grafit tigel hisoblanadi. 2000 darajadan pastda, kremniy eritmasida uglerodning eruvchanligi 1% dan kam bo'lib, SiC kristalining o'sishi uchun zarur bo'lgan Si: C=1: 1 molyar nisbatiga erishish qiyin. Hatto 2800 daraja haroratda ham, uglerodning kremniyda eruvchanligi atigi 19% ni tashkil qiladi. Shuning uchun, suyuqlik-fazali SiC kristalining o'sishi tajribalarida yuqori haroratli eritmada uglerodning eruvchanligini oshirish uchun ba'zi oqimlarni qo'shish kerak. Umumiy oqimlarga Cr, Fe, Ti va boshqalar kiradi. Kristal o'sishi jarayonida grafit tigelidagi uglerod asta-sekin eritmaga eriydi va eritma orqali urug'lik kristaliga o'tadi, bu esa uglerodning uzluksiz ta'minlanishini ta'minlaydi. Urug'lar / tigel aylanish tezligi, harorat maydoni va oqim chastotasi va kattaligi kabi parametrlarni nazorat qilish orqali eritmada tegishli harorat gradyanlari, bosim gradyanlari va oqim maydonlari hosil bo'ladi, shuning uchun uglerod tigel devoridan urug'lik kristaliga o'tkazilishi mumkin. Biroq, haqiqiy o'sishda urug' kristali ko'pincha eriydi va polikristalli material tigel devorida va urug' kristalida cho'kadi. Shuning uchun kristall o'sishi jarayonida butun tizimni mos dinamik muvozanatda ushlab turish uchun o'sish parametrlari sozlanishi kerak, shunda doimiy kristal o'sishiga erishish mumkin.
TSSG yumshoqroq o'sish sharoitida SiC kristallarini tayyorlashi mumkin. Shuningdek, u jarayon parametrlarini dinamik va aniq tartibga solish, diametrning uzluksiz kengayish o‘sishi va bir xil yuqori p-doping kabi texnik xususiyatlarga ega. U arzon-xarajat, yuqori sifatli SiC substratlar uchun yuqori raqobatbardosh innovatsion texnologiyalardan biriga aylandi. TSSG SiC kristallarini tayyorlashda muhim afzalliklarga ega bo'lsa-da, u ham yuqori texnik to'siqlarga ega, asosan tartibga solinishi kerak bo'lgan ko'plab jarayon parametrlarida aks etadi; har qanday noto'g'ri parametr tanlovi kristall o'sishi paytida dinamik muvozanatni buzishi va jiddiy makroskopik nuqsonlarni keltirib chiqarishi mumkin.