Tecnologia di crescita a singolo cristallo di SiC
Sotto pressione normale, non vi è alcuna fase liquida SiC con un rapporto estechiometrico di Si
uguale a 1:1Pertanto, il metodo che utilizza la fusione come materia prima, comunemente usato per la crescita dei cristalli di silicio, non può essere applicato alla crescita di cristalli di SiC a sfera.Il trasporto fisico dei vapori) è impiegatoIn questo processo, la polvere di SiC viene utilizzata come materia prima, collocata in un crogiolo di grafite insieme a un substrato di SiC come cristallo di seme,e viene stabilito un gradiente di temperatura con il lato della polvere di SiC leggermente più caldoLa temperatura complessiva è quindi mantenuta tra 2000°C e 2500°C. Il metodo di sublimazione con cristalli di semi di SiC è ora denominato metodo Lely modificato.che è ampiamente utilizzato per la produzione di substrati di SiC.
La figura 1 mostra uno schema di crescita dei cristalli di SiC utilizzando il metodo Lely modificato.,e Si, che vengono poi trasportati sulla superficie del cristallo seminale; gli atomi forniti si muovono sulla superficie del cristallo seminale e vengono incorporati nelle posizioni in cui si forma il cristallo,quindi la crescita di grossa singoli cristalli di SiCSi utilizza un'atmosfera inerte, tipicamente argon a bassa pressione, e durante il doping di tipo n viene introdotto azoto.
Il metodo di sublimazione è attualmente ampiamente utilizzato per la preparazione di singoli cristalli di SiC.rispetto al metodo che utilizza il liquido fuso come materia prima per la crescita dei singoli cristalli di SiAnche se la qualità sta gradualmente migliorando, i cristalli contengono ancora molte lussazioni e altri problemi.
Oltre al metodo di sublimazione,Sono stati anche tentati di preparare singoli cristalli di SiC in grandi quantità utilizzando metodi come la crescita in fase liquida attraverso una soluzione o la deposizione chimica a vapore ad alta temperatura (CVD)La figura 2 mostra uno schema del metodo di crescita in fase liquida per i singoli cristalli di SiC.
In primo luogo, per quanto riguarda il metodo di crescita in fase liquida, la solubilità del carbonio in un solvente al silicio è molto bassa.elementi quali Ti e Cr vengono aggiunti al solvente per aumentare la solubilità del carbonioIl carbonio viene fornito da un crogiolo di grafite e il singolo cristallo di SiC cresce sulla superficie del cristallo di seme a una temperatura leggermente inferiore.La temperatura di crescita è in genere fissata tra 1500°C e 2000°CSi è riferito che il tasso di crescita può raggiungere diverse centinaia di micrometri all'ora.
Il vantaggio del metodo di crescita in fase liquida per il SiC è che, quando i cristalli crescono lungo la direzione [0001], le lussazioni che si estendono nella direzione [0001] possono essere piegate nella direzione verticale,Li spazza fuori dal cristallo attraverso le pareti laterali.Le lussazioni di vite che si estendono lungo la direzione [0001] sono densamente presenti nei cristalli di SiC esistenti e sono una fonte di corrente di perdita nei dispositiviLa densità delle dislocazioni di vite è significativamente ridotta nei cristalli di SiC preparati con il metodo di crescita in fase liquida.
Le sfide nella crescita delle soluzioni includono l'aumento del tasso di crescita, l'estensione della lunghezza dei cristalli coltivati e il miglioramento della morfologia superficiale dei cristalli.
La deposizione chimica a alta temperatura (CVD) dei singoli cristalli di SiC comporta l'uso di SiH4 come fonte di silicio e di C3H8 come fonte di carbonio in un'atmosfera a bassa pressione di idrogeno,con crescita che si verifica sulla superficie di un substrato di SiC mantenuto ad alta temperatura (in genere superiore a 2000°C)I gas grezzi introdotti nel forno di crescita si decompongono in molecole quali SiC2 e Si2C nella zona di decomposizione circondata da una parete calda, e questi vengono trasportati alla superficie del cristallo seminale.dove viene coltivato il SiC monocristallino.
I vantaggi del metodo CVD ad alta temperatura includono la possibilità di utilizzare gas grezzi di alta purezza e, controllando il flusso del gas, il rapporto C/Si nella fase gassosa può essere controllato con precisione,che è un parametro di crescita importante che influenza la densità di difettoIn caso di crescita di SiC in massa, si può raggiungere un tasso di crescita relativamente rapido, superiore a 1 mm/h.gli svantaggi del metodo CVD ad alta temperatura comprendono il significativo accumulo di sottoprodotti della reazione all'interno del forno di crescita e dei tubi di scaricoInoltre, le reazioni in fase gassosa generano particelle nel flusso di gas, che possono diventare impurità nel cristallo.
Il metodo CVD ad alta temperatura ha un grande potenziale come metodo per la produzione di cristalli di SiC di alta qualità.maggiore produttività, e una densità di dislocazione inferiore rispetto al metodo di sublimazione.
Inoltre, il metodo RAF (Repeated A-Face) è descritto come una tecnica basata sulla sublimazione che produce cristalli di SiC in grandi quantità con meno difetti.un cristallo di semi tagliato perpendicolare alla direzione [0001] viene prelevato da un cristallo coltivato lungo la direzione [0001]Poi, un altro cristallo seminale viene tagliato perpendicolare a questa nuova direzione di crescita, e ulteriori singoli cristalli SiC vengono coltivati.le lussazioni vengono spazzate fuori dal cristallo, che si traduce in cristalli di SiC in grandi quantità con meno difetti.La densità di dislocazione dei cristalli di SiC preparati con il metodo RAF è riportata da 1 a 2 ordini di grandezza inferiore a quella dei cristalli di SiC standard..
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