Kobaca degdega ah ee SiC Single Crystal IsticmaalkaCVD-SiC BulkIsha iyada oo loo marayo Habka Sublimation
Adigoo isticmaalaya dib loo warshadeeyayCVD-SiC blocksSida isha SiC, kiristaalo SiC ayaa si guul leh u koray 1.46 mm/h iyadoo loo marayo habka PVT. Micropipe-ka crystal-ka koray iyo cufnaanta kala-baxa waxay muujinayaan in inkastoo heerka korriinka sareeyo, tayada crystal ay tahay mid aad u wanaagsan.
Silikon carbide (SiC)waa semiconductor-bandgap ballaaran leh sifooyin aad u wanaagsan oo loogu talagalay codsiyada ku jira danab sare, awood sare, iyo soo noqnoqoshada sare. Baahideeda ayaa si xawli ah u korodhay sannadihii la soo dhaafay, gaar ahaan qaybta korantada ee semiconductor. Codsiyada semiconductor-ka awooda, SiC hal kiristaalo ayaa lagu koray iyadoo hoos loo dhigayo isha nadiifka ah ee SiC ee 2100-2500 ° C, ka dibna dib loogu soo celinayo crystal abuurka iyadoo la adeegsanayo habka uumiga jirka (PVT) . Dhaqan ahaan,SiC crystalswaxaa lagu koray iyadoo la isticmaalayo habka PVT ee heerka koritaanka 0.3 ilaa 0.8 mm/h si loo xakameeyo crystallinity, taas oo ah mid aad u gaabis ah marka la barbar dhigo qalabka kale ee crystal hal loo isticmaalo codsiyada semiconductor. Marka kiristaalo SiC ay ku koraan heerar sare oo korriin ah iyadoo la adeegsanayo habka PVT, hoos u dhaca tayada oo ay ku jiraan kaarboonka kaarboonka, nadiifnimada oo yaraada, korriinka polycrystalline, samaynta xadka hadhuudhka, iyo kala-baxa iyo cilladaha porosity lama go'aamin. Sidaa darteed, kobaca degdega ah ee SiC lama horumarin, heerka kobaca gaabiska ah ee SiC ayaa caqabad weyn ku ahaa wax soo saarka substrates SiC.
Dhanka kale, warbixinadii dhawaa ee ku saabsan kobaca degdega ah ee SiC waxay isticmaalayeen habab kaydinta uumiga kiimikada heerkulka sare (HTCVD) halkii habka PVT. Habka HTCVD wuxuu isticmaalaa uumiga ka kooban Si iyo C sida isha SiC ee reactor. HTCVD weli looma isticmaalin wax soo saarka baaxadda leh ee SiC waxayna u baahan tahay cilmi-baaris dheeraad ah iyo horumarin ganacsi. Waxa xiiso leh, xitaa heerka kobaca sare ee ~ 3 mm / h, SiC hal kiristaalo ayaa lagu kori karaa tayada crystal wanaagsan iyadoo la isticmaalayo habka HTCVD. Dhanka kale, qaybaha SiC ayaa loo adeegsaday hababka semiconductor ee hoos yimaada bay'ada adag ee u baahan xakamaynta habka nadiifinta aadka u sarreeya. Codsiyada habka semiconductor, ~ 99.9999% (~ 6N) qaybaha SiC ee nadiifka ah waxaa badanaa lagu diyaariyaa habka CVD ee methyltrichlorosilane (CH3Cl3Si, MTS). Si kastaba ha ahaatee, in kasta oo nadiifnimada sare ee qaybaha CVD-SiC, waa la tuuray ka dib isticmaalka. Dhawaan, qaybaha CVD-SiC ee la tuuray ayaa loo tixgaliyay inay yihiin ilaha SiC ee koritaanka crystal, in kasta oo qaar ka mid ah hababka soo kabashada oo ay ku jiraan burburinta iyo sifaynta ayaa weli loo baahan yahay si loo daboolo baahiyaha sare ee isha koritaanka crystal. Daraasaddan, waxaan u isticmaalnay xirmooyinka CVD-SiC ee la tuuray si aan dib ugu warshadeynno agabka isha loogu talagalay korriinka SiCs crystals. Xirmooyinka CVD-SiC ee korriinka hal-abuurka ah ayaa loo diyaariyey sidii xajmi-xakamaynta la jajabiyey, si aad ah uga duwan qaabka iyo cabbirka marka la barbar dhigo budada SiC-ga ganacsiga ee sida caadiga ah loo isticmaalo geeddi-socodka PVT, markaa habdhaqanka kobaca hal crystal SiC ayaa la filayaa inuu si weyn u noqdo. kala duwan. Kahor inta aan la samayn tijaabooyinka kobaca kiristaalka ee SiC, jilitaanka kumbuyuutarka ayaa la sameeyay si loo gaaro heerar sare oo korriin ah, aagga kulaylka waxaa loo habeeyey si waafaqsan kobaca crystal-ka. Ka dib korriinka crystals, kiristaalo koray ayaa lagu qiimeeyay sawir-qaade-qaybeedyo, micro-Raman spectroscopy, xallinta sare ee X-ray diffraction, iyo synchrotron white beam raajada topography.
Jaantuska 1 wuxuu muujinayaa isha CVD-SiC ee loo isticmaalo kobaca PVT ee kiristaalo SiC ee daraasaddan. Sida lagu sharraxay hordhaca, qaybaha CVD-SiC waxaa laga soo saaray MTS habka CVD oo loo qaabeeyey isticmaalka semiconductor iyada oo loo marayo farsamaynta farsamada. N waxaa lagu daray habka CVD si loo gaaro hab-dhaqanka codsiyada habka semiconductor. Ka dib markii la isticmaalo hababka semiconductor, qaybaha CVD-SiC ayaa la jajabiyey si loogu diyaariyo ilaha koritaanka crystal, sida ku cad sawirka 1. Isha CVD-SiC waxaa loo diyaariyey sidii taarikada oo leh dhumuc dhexdhexaad ah ~ 0.5 mm iyo celceliska xajmiga qaybta 49.75 mm.
Jaantus 1: Isha CVD-SiC oo ay diyaarisay MTS-ku salaysan habka CVD.
Isticmaalka isha CVD-SiC ee lagu muujiyey Jaantuska 1, kiristaalo SiC ayaa lagu koray habka PVT ee foornada kuleyliyaha induction. Si loo qiimeeyo qaybinta heerkulka aagga kulaylka, koodhka jilitaanka ganacsiga VR-PVT 8.2 (STR, Republic of Serbia) ayaa la isticmaalay. Reactor-ka leh aagga kulaylka waxaa loo qaabeeyey qaab axisimmetrical 2D ah, sida ku cad sawirka 2, oo wata moodelkiisa mesh. Dhammaan alaabta loo isticmaalo jilitaanka ayaa lagu muujiyay sawirka 2, hantidoodana waxay ku taxan yihiin shaxda 1. Iyada oo ku saleysan natiijooyinka jilitaanka, kiristaalo SiC ayaa la koray iyadoo la adeegsanayo habka PVT ee heerkulka heerkulka 2250-2350 ° C ee jawiga Ar ee 35 Torr ilaa 4 saacadood. 4° dhidibka ka baxsan 4H-SiC wafer ayaa loo isticmaalay sidii abuur SiC ah. Kiristaalo koray waxaa lagu qiimeeyay micro-Raman spectroscopy (Witec, UHTS 300, Germany) iyo XRD-xalinta sare (HRXRD, X'Pert-PROMED, PANalytical, Netherlands). Heerarka wasakhaysan ee kiristaalo SiC ee koray ayaa lagu qiimeeyay iyadoo la adeegsanayo spectrometry ion mass spectrometry sare (SIMS, Cameca IMS-6f, France). Cufnaanta kala-baxa ee kiristaalo koray ayaa lagu qiimeeyay iyadoo la isticmaalayo synchrotron white beam raajada sare ee Pohang Light Source.
Jaantuska 2: Jaantuska aagga kulaylka iyo qaabka mesh ee kobaca PVT ee foornada kuleyliyaha induction.
Maaddaama hababka HTCVD iyo PVT ay ku koraan kiristaalo hoos yimaada dheellitirka gaaska adag ee hore ee koritaanka, kobaca degdega ah ee SiC ee habka HTCVD ayaa kiciyay caqabada koritaanka degdega ah ee SiC habka PVT ee daraasaddan. Habka HTCVD wuxuu isticmaalaa ilo gaas ah oo si sahlan loo xakameynayo, halka habka PVT uu isticmaalo ilo adag oo aan si toos ah u xakameynin socodka. Heerka qulqulka ee lagu bixiyo hore ee koritaanka ee habka PVT waxaa lagu xakameyn karaa heerka sublimation ee ilaha adag iyada oo loo marayo xakamaynta qaybinta heerkulka, laakiin xakamaynta saxda ah ee qaybinta heerkulka ee hababka koritaanka wax ku oolka ah ma fududa in la gaaro.
Iyadoo la kordhinayo heerkulka isha ee reactor PVT, heerka koritaanka SiC waa la kordhin karaa iyadoo la kordhinayo heerka sublimation ee isha. Si loo gaaro kobaca crystal xasiloon, xakameynta heerkulka dhanka hore ee koritaanka ayaa muhiim ah. Si loo kordhiyo heerka koritaanka iyada oo aan la samayn polycrystals, heerkul sare ayaa loo baahan yahay in lagu gaaro hore ee koritaanka, sida lagu muujiyay koritaanka SiC iyada oo loo marayo habka HTCVD. Kulaylka tooska ah ee aan ku filnayn ee ku aaddan xagga dambe ee koofiyadda waa in ay baabi'isaa kulaylka urursan ee hore ee koritaanka iyada oo loo marayo shucaaca kulaylka ee korka koritaanka, taasoo horseedaysa samaynta sagxadaha xad-dhaafka ah, ie, koritaanka polycrystalline.
Labada hab ee wareejinta tirada badan iyo hababka recrystalization ee habka PVT waxay aad ugu eg yihiin habka HTCVD, inkastoo ay ku kala duwan yihiin isha SiC. Tani waxay ka dhigan tahay in kobaca degdega ah ee SiC sidoo kale la gaari karo marka heerka hoos u dhigista isha SiC uu si ku filan u sarreeyo. Si kastaba ha noqotee, gaaritaanka tayada sare ee SiC hal kiristaalo oo hoos yimaada xaaladaha korriinka sare ee habka PVT waxay leedahay caqabado dhowr ah. Budada ganacsigu waxay caadi ahaan ka kooban yihiin qaybo yaryar iyo kuwo waaweyn oo isku jira. Sababtoo ah kala duwanaanshaha tamarta dusha sare, qaybaha yaryar waxay leeyihiin uruurin wasakh ah oo aad u sarreeya iyo sublimate ka hor qaybo waaweyn, taasoo horseedaysa uruurinta wasakhda sare ee heerarka koritaanka hore ee crystal. Intaa waxaa dheer, maadaama SiC adag ay u kala goyso noocyada uumiga sida C iyo Si, SiC2 iyo Si2C heerkulka sare, C adag ayaa si lama filaan ah u sameysma marka isha SiC ay hoos u dhigto habka PVT. Haddii C adag ee la sameeyay ay yar tahay oo iftiin ku filan tahay, xaaladaha koritaanka degdega ah, qayb yar oo C, oo loo yaqaan "booska C," ayaa loo qaadi karaa dusha sare ee crystal by wareejin ballaaran oo xoog leh, taasoo keentay in lagu daro crystal koray. Sidaa darteed, si loo yareeyo wasakhda birta iyo C boodhka, cabbirka qayb ka mid ah isha SiC waa in guud ahaan lagu xakameeyaa dhexroor ka yar 200 μm, iyo heerka korriinka waa inuusan dhaafin ~ 0.4 mm / h si loo ilaaliyo wareejinta tirada yar oo laga saaro sabayn. C boodh. Wasakhda birta iyo boodhka C waxay horseedaan hoos u dhaca koray kiristaalo SiC, kuwaas oo ah caqabadaha ugu waaweyn ee koritaanka degdega ah ee SiC iyada oo loo marayo habka PVT.
Daraasaddan, ilaha CVD-SiC ee la jajabiyey oo aan lahayn qaybo yaryar ayaa la isticmaalay, taas oo meesha ka saartay boodhka C ee sabaynaysa wareejinta ballaaran ee xooggan. Sidaa darteed, qaab-dhismeedka aagga kulaylka waxaa loo qaabeeyey iyadoo la adeegsanayo habka PVT-ku-saleysan jilitaanka fiisigiska si loo gaaro kobaca SiC-da degdega ah, iyo qaybinta heerkulka la ekaysiiyay iyo jaan-goynta heerkulka ayaa lagu muujiyey Jaantuska 3a.
Jaantus 3: (a) Heerkulka qaybinta iyo heerkulbeegga u dhow xagga hore ee korriinka fal-celinta PVT ee lagu helay falanqaynta walxaha xaddidan, iyo (b) qaybinta heerkulka toosan ee xariiqda axisammetrical.
Marka la barbar dhigo goobaha kulaylka caadiga ah ee koritaanka kiristaalo SiC ee heerka korriinka 0.3 ilaa 0.8 mm/saacaddii hoos timaad heerkul yar oo ka yar 1 °C/mm, goobaha aagga kulaylka ee daraasaddan waxay leeyihiin heerkul aad u weyn oo ah ∼ 3.8 °C/mm heerkulka koritaanka ~ 2268°C. Qiimaha heerkulbeegga ee daraasaddan waxay la mid tahay kobaca degdegga ah ee SiC ee heerka 2.4 mm/h iyadoo la adeegsanayo habka HTCVD, halkaasoo heerkulbeegga heerkulku lagu dejiyay ~14 °C/mm. Laga soo bilaabo qaybinta heerkulka tooska ah ee lagu muujiyey Jaantuska 3b, waxaan xaqiijinay in aysan jirin heerkulbeeg heerkulbeeg ah oo samayn kara polycrystals meel u dhow koritaanka hore, sida lagu qeexay suugaanta.
Isticmaalka nidaamka PVT, kiristaalo SiC ayaa laga soo saaray isha CVD-SiC ee saacadaha 4, sida lagu muujiyey jaantusyada 2 iyo 3. Wakiilka SiC crystal koritaanka SiC ee koray ayaa lagu muujiyay sawirka 4a. Dhumucda iyo heerka kobaca ee crystal SiC ee lagu muujiyey Jaantuska 4a waa 5.84 mm iyo 1.46 mm/h, siday u kala horreeyaan. Saamaynta isha SiC ee tayada, nooca badan, qaab-dhismeedka, iyo nadiifnimada koray ee SiC crystal ee lagu muujiyey Jaantuska 4a ayaa la baadhay, sida lagu muujiyey jaantusyada 4b-e. Sawirka sawir-gacmeedka-isku-tallaabta ee Jaantuska 4b wuxuu muujinayaa in korriinka crystal-ka uu ahaa qaab qaabaysan sababtoo ah xaaladaha kobaca hoose. Si kastaba ha ahaatee, micro-Raman spectroscopy ee Jaantuska 4c ayaa u aqoonsaday kiriimka koray inuu yahay hal waji oo 4H-SiC ah iyada oo aan lagu darin noocyo badan. Qiimaha FWHM ee (0004) ee ugu sarreeya ee laga helay falanqaynta qalooca ruxay raajada waxay ahayd 18.9 ilbiriqsi, sidoo kale waxay xaqiijinaysaa tayada crystal wanaagsan.
Jaantus 4: (a) SiC crystal koray (heerka kobaca ee 1.46 mm/h) iyo natiijooyinkeeda qiimaynta oo leh (b) sawir qaade-qaybeed, (c) micro-Raman spectroscopy, (d) qalooca raajo ruxaya, iyo ( e) Sawir-gacmeedka raajada.
Jaantuska 4e waxa uu tusinayaa sawir-gacmeedka raajada cad ee caddaynaya xagashada iyo kala-baxyada dunta ee maraqyada la silcay ee crystal koray. Cufnaanta kala-baxa ee crystal-ka koray ayaa lagu qiyaasay inuu yahay ~ 3000 ea/cm², wax yar ka sarreeya cufnaanta kala-baxa ee crystal abuurka, kaas oo ahaa ~ 2000 ea/cm². Karistanka koray ayaa la xaqiijiyay inuu leeyahay cufnaanta kala-baxa yar, marka loo eego tayada kristal ee maraqa ganacsiga. Waxa xiisaha lihi leh, korriinka degdega ah ee kiristaalo SiC ayaa lagu gaadhay iyadoo la isticmaalayo habka PVT oo leh il CVD-SiC oo la jajabiyey oo hoos timaad heerkul weyn. Heerarka B, Al, iyo N ee kristanta koray waxay ahaayeen 2.18 × 10¹⁶, 7.61 × 10¹⁵, iyo 1.98 × 10¹⁹ atamka/cm³, siday u kala horreeyaan. Isku-duubnaanta P ee kristanta koray waxay ka hoosaysay xadka ogaanshaha (<1.0 × 10¹⁴ atamka/cm³). Heerarka wasakhdu aad bay ugu yarayd sidayaal kharash, marka laga reebo N, oo si ula kac ah loo xoojiyey inta lagu guda jiro hawsha CVD.
Inkasta oo kobaca crystal ee daraasaddan uu ahaa mid yar oo tixgelinaya badeecadaha ganacsiga, muujinta guusha leh ee koritaanka degdegga ah ee SiC oo leh tayada wanaagsan ee tayada wanaagsan iyadoo la adeegsanayo isha CVD-SiC iyada oo loo marayo habka PVT ayaa leh saameyn weyn. Maaddaama ilaha CVD-SiC, inkasta oo ay hantidoodu aad u fiican tahay, ay yihiin kuwo kharash-ku-tartamaya dib-u-warshadaynta alaabta la tuuray, waxaan filaynaa ka faa'iidaysigooda baahsan ee ilaha SiC ee ballanqaadka ah si ay u beddelaan ilaha budada SiC. Si aad u codsato ilaha CVD-SiC ee koritaanka degdega ah ee SiC, wanaajinta qaybinta heerkulka nidaamka PVT ayaa loo baahan yahay, taasoo keenaysa su'aalo dheeraad ah oo cilmi baaris mustaqbalka ah.
Gabagabo
Daraasaddan, muujinta guusha leh ee koritaanka kiristaalo ee degdegga ah ee SiC iyadoo la adeegsanayo xannibaadyada CVD-SiC ee hoos yimaada xaaladaha heerkul sare ee habka PVT ayaa la gaaray. Waxa xiisaha lihi leh, kobaca degdega ah ee kiristaalo SiC waxa lagu xaqiiqsaday in isha SiC lagu beddelay habka PVT. Habkan ayaa la filayaa inuu si weyn u kordhiyo waxtarka wax soo saarka baaxadda weyn ee SiC hal crystals, ugu dambeyntii hoos u dhigista qiimaha cutubka SiC substrates iyo kor u qaadida isticmaalka baahsan ee qalabka awoodda sare leh.
Waqtiga boostada: Jul-19-2024