גיך וווּקס פון SiC איין קריסטאַלז ניצן CVD-SiC פאַרנעם מקור דורך סובלימאַטיאָן אופֿן

גיך גראָוט פון SiC סינגלע קריסטאַל ניצןCVD-SiC פאַרנעםמקור דורך סובלימאַטיאָן מעטאַד
דורך ניצן ריסייקאַלדCVD-SiC בלאַקסווי די SiC מקור, SiC קריסטאַלז זענען הצלחה דערוואַקסן אין אַ קורס פון 1.46 מם / ה דורך די פּווט אופֿן. די מיקראָפּיפּע און דיסלאָוקיישאַן דענסאַטיז פון די דערוואַקסן קריסטאַל אָנווייַזן אַז טראָץ דעם הויך וווּקס קורס, די קריסטאַל קוואַליטעט איז ויסגעצייכנט.

סיליציום קאַרבידע (SiC)איז אַ ברייט-באַנדגאַפּ סעמיקאַנדאַקטער מיט ויסגעצייכנט פּראָפּערטיעס פֿאַר אַפּלאַקיישאַנז אין הויך וואָולטידזש, הויך מאַכט און הויך אָפטקייַט. זיין פאָדערונג איז ראַפּאַדלי געוואקסן אין די לעצטע יאָרן, ספּעציעל אין די מאַכט סעמיקאַנדאַקטער פעלד. פֿאַר מאַכט סעמיקאַנדאַקטער אַפּלאַקיישאַנז, SiC איין קריסטאַלז זענען דערוואַקסן דורך סאַבלימאַטינג הויך-ריינקייַט SiC מקור ביי 2100-2500 ° C, און ריקריסטאַלליזינג אויף אַ זוימען קריסטאַל מיט די גשמיות פארע אַריבערפירן (PVT) אופֿן, נאכגעגאנגען דורך פּראַסעסינג צו קריגן איין קריסטאַל סאַבסטרייץ אויף ווייפערז. . טראַדיציאָנעל,סיק קריסטאַלזזענען דערוואַקסן מיט די PVT אופֿן אין אַ וווּקס קורס פון 0.3 צו 0.8 מם / ה צו קאָנטראָלירן קריסטאַלינאַס, וואָס איז לעפיערעך פּאַמעלעך קאַמפּערד מיט אנדערע איין קריסטאַל מאַטעריאַלס געניצט אין סעמיקאַנדאַקטער אַפּלאַקיישאַנז. ווען SiC קריסטאַלז זענען דערוואַקסן מיט הויך גראָוט רייץ ניצן די PVT אופֿן, קוואַליטעט דערנידעריקונג אַרייַנגערעכנט טשאַד ינקלוזשאַנז, רידוסט ריינקייַט, פּאָליקריסטאַללינע גראָוט, קערל גרענעץ פאָרמירונג און דיסלאָוקיישאַן און פּאָראָסיטי חסרונות איז נישט רולד אויס. דער גיך וווּקס פון SiC איז נישט דעוועלאָפּעד, און די פּאַמעלעך וווּקס קורס פון SiC איז געווען אַ הויפּט שטערונג פֿאַר די פּראָודאַקטיוויטי פון SiC סאַבסטרייץ.

אויף די אנדערע האַנט, לעצטע ריפּאָרץ וועגן גיך וווּקס פון SiC האָבן שוין ניצן הויך-טעמפּעראַטור כעמישער פארע דעפּאַזישאַן (HTCVD) מעטהאָדס אלא ווי די PVT אופֿן. די HTCVD אופֿן ניצט אַ פארע מיט סי און C ווי די סיק מקור אין די רעאַקטאָר. HTCVD איז נאָך נישט געניצט פֿאַר גרויס-וואָג פּראָדוקציע פון ​​​​סיק און ריקווייערז ווייַטער פאָרשונג און אַנטוויקלונג פֿאַר קאַמערשאַליזיישאַן. ינטערעסטינגלי, אפילו מיט אַ הויך וווּקס קורס פון ~ 3 מם / ה, SiC איין קריסטאַלז קענען זיין דערוואַקסן מיט גוט קריסטאַל קוואַליטעט מיט די HTCVD אופֿן. דערווייַל, SiC קאַמפּאָונאַנץ האָבן שוין געניצט אין סעמיקאַנדאַקטער פּראַסעסאַז אונטער האַרב ינווייראַנמאַנץ וואָס דאַרפן גאָר הויך ריינקייַט פּראָצעס קאָנטראָל. פֿאַר סעמיקאַנדאַקטער פּראָצעס אַפּלאַקיישאַנז, ∼99.9999% (∼6N) ריינקייַט SiC קאַמפּאָונאַנץ זענען יוזשאַוואַלי צוגעגרייט דורך די CVD פּראָצעס פון מעטהילטריטשלאָראָסילאַנע (CH3Cl3Si, MTS). אָבער, טראָץ די הויך ריינקייַט פון CVD-SiC קאַמפּאָונאַנץ, זיי זענען אַוועקגענומען נאָך נוצן. לעצטנס, דיסקאַרדיד CVD-SiC קאַמפּאָונאַנץ האָבן שוין באטראכט ווי SiC קוואלן פֿאַר קריסטאַל וווּקס, כאָטש עטלעכע אָפּזוך פּראַסעסאַז אַרייַנגערעכנט קראַשינג און רייניקונג זענען נאָך פארלאנגט צו טרעפן די הויך פאדערונגען פון אַ קריסטאַל גראָוט מקור. אין דעם לערנען, מיר געוויינט דיסקאַרדיד CVD-SiC בלאַקס צו ריסייקאַל מאַטעריאַלס ווי אַ מקור פֿאַר גראָוינג סיק קריסטאַלז. די CVD-SiC בלאַקס פֿאַר איין קריסטאַל גראָוט זענען צוגעגרייט ווי גרייס-קאַנטראָולד קראַשט בלאַקס, באטייטיק אַנדערש אין פאָרעם און גרייס קאַמפּערד מיט די געשעפט SiC פּודער קאַמאַנלי געניצט אין די PVT פּראָצעס, דערפֿאַר, די נאַטור פון SiC איין קריסטאַל וווּקס איז דערוואַרט צו זיין באטייטיק. אַנדערש. איידער קאַנדאַקטינג SiC איין קריסטאַל גראָוט יקספּעראַמאַנץ, קאָמפּיוטער סימיאַליישאַנז זענען דורכגעקאָכט צו דערגרייכן הויך גראָוט רייץ, און די טערמאַל זאָנע איז קאַנפיגיערד אַקאָרדינגלי פֿאַר איין קריסטאַל גראָוט. נאָך קריסטאַל וווּקס, די דערוואַקסן קריסטאַלז זענען עוואַלואַטעד דורך קרייַז-סעקשאַנאַל טאָמאָגראַפי, מיקראָ-ראַמאַן ספּעקטראָסקאָפּי, הויך-האַכלאָטע X-Ray דיפראַקשאַן, און סינטשראָטראָן ווייַס שטראַל X-Ray טאַפּאַגראַפי.
פיגורע 1 ווייזט די CVD-SiC מקור געניצט פֿאַר PVT גראָוט פון SiC קריסטאַלז אין דעם לערנען. ווי דיסקרייבד אין די הקדמה, CVD-SiC קאַמפּאָונאַנץ זענען סינטאַסייזד פֿון MTS דורך די CVD פּראָצעס און שייפּט פֿאַר סעמיקאַנדאַקטער נוצן דורך מעטשאַניקאַל פּראַסעסינג. N איז געווען דאַפּט אין די CVD פּראָצעס צו דערגרייכן קאַנדאַקטיוואַטי פֿאַר סעמיקאַנדאַקטער פּראָצעס אַפּלאַקיישאַנז. נאָך נוצן אין סעמיקאַנדאַקטער פּראַסעסאַז, די CVD-SiC קאַמפּאָונאַנץ זענען קראַשט צו צוגרייטן די מקור פֿאַר קריסטאַל וווּקס, ווי געוויזן אין פיגורע 1. די CVD-SiC מקור איז געווען צוגעגרייט ווי פּלאַטעס מיט אַ דורכשניטלעך גרעב פון ~0.5 מם און אַ דורכשניטלעך פּאַרטאַקאַל גרייס פון 49.75 מם.

פיגורע 1: CVD-SiC מקור צוגעגרייט דורך די MTS-באזירט CVD פּראָצעס.

ניצן די CVD-SiC מקור געוויזן אין פיגורע 1, SiC קריסטאַלז זענען דערוואַקסן דורך די PVT אופֿן אין אַ ינדאַקשאַן באַהיצונג אויוון. צו אָפּשאַצן די טעמפּעראַטור פאַרשפּרייטונג אין די טערמאַל זאָנע, געשעפט סימיאַליישאַן קאָד VR-PVT 8.2 (STR, רעפובליק פון סערביע) איז געניצט. דער רעאַקטאָר מיט די טערמאַל זאָנע איז געווען מאָדעלעד ווי אַ 2 ד אַקסיממעטריק מאָדעל, ווי געוויזן אין פיגורע 2, מיט זיין ייגל מאָדעל. אַלע מאַטעריאַלס געניצט אין די סימיאַליישאַן זענען געוויזן אין פיגורע 2, און זייער פּראָפּערטיעס זענען ליסטעד אין טאַבלע 1. באַזירט אויף די סימיאַליישאַן רעזולטאַטן, סיק קריסטאַלז זענען דערוואַקסן ניצן די פּווט אופֿן אין אַ טעמפּעראַטור קייט פון 2250-2350 ° C אין אַ אַר אַטמאָספער ביי 35 טאָר פֿאַר 4 שעה. א 4 ° אַוועק-אַקס 4H-SiC ווייפער איז געניצט ווי די סיק זוימען. די דערוואַקסן קריסטאַלז זענען עוואַלואַטעד דורך מיקראָ-ראַמאַן ספּעקטראָסקאָפּי (Witec, UHTS 300, דייַטשלאַנד) און הויך-האַכלאָטע XRD (HRXRD, X'Pert-PROMED, ​​PANalytical, נעטהערלאַנדס). די טומע קאַנסאַנטריישאַנז אין די דערוואַקסן סיק קריסטאַלז זענען עוואַלואַטעד מיט דינאַמיש צווייטיק יאָן מאַסע ספּעקטראָמעטרי (SIMS, Cameca IMS-6f, France). די דיסלאָוקיישאַן געדיכטקייַט פון די דערוואַקסן קריסטאַלז איז עוואַלואַטעד ניצן סינקראָטראָן ווייַס שטראַל X-Ray טאַפּאַגראַפי אין די פּאָהאַנג ליכט מקור.

פיגורע 2: טערמאַל זאָנע דיאַגראַמע און ייגל מאָדעל פון פּווט וווּקס אין אַ ינדאַקשאַן באַהיצונג אויוון.

זינט HTCVD און PVT מעטהאָדס וואַקסן קריסטאַלז אונטער גאַז-האַרט פאַסע יקוואַליבריאַם אין די גראָוט פראָנט, מצליח גיך וווּקס פון SiC דורך די HTCVD אופֿן פּראַמפּטיד די אַרויסרופן פון גיך וווּקס פון SiC דורך די PVT אופֿן אין דעם לערנען. די HTCVD אופֿן ניצט אַ גאַז מקור וואָס איז לייכט לויפן קאַנטראָולד, בשעת די PVT אופֿן ניצט אַ האַרט מקור וואָס קען נישט קאָנטראָלירן די לויפן גלייַך. די לויפן קורס צוגעשטעלט צו די גראָוט פראָנט אין די PVT אופֿן קענען זיין קאַנטראָולד דורך די סובלימאַטיאָן קורס פון די האַרט מקור דורך טעמפּעראַטור פאַרשפּרייטונג קאָנטראָל, אָבער גענוי קאָנטראָל פון די טעמפּעראַטור פאַרשפּרייטונג אין פּראַקטיש וווּקס סיסטעמען איז נישט גרינג צו דערגרייכן.
דורך ינקריסינג די מקור טעמפּעראַטור אין די PVT רעאַקטאָר, די גראָוט קורס פון SiC קענען זיין געוואקסן דורך ינקריסינג די סובלימאַטיאָן קורס פון די מקור. צו דערגרייכן סטאַביל קריסטאַל וווּקס, טעמפּעראַטור קאָנטראָל אין די גראָוט פראָנט איז קריטיש. צו פאַרגרעסערן די וווּקס קורס אָן פאָרמינג פּאָליקריסטאַלז, אַ הויך-טעמפּעראַטור גראַדיענט דאַרף זיין אַטשיווד אין די גראָוט פראָנט, ווי געוויזן דורך SiC גראָוט דורך די HTCVD אופֿן. ינאַדאַקוואַט ווערטיקאַל היץ קאַנדאַקשאַן צו די צוריק פון די היטל זאָל דיסאַפּייט די אַקיומיאַלייטיד היץ אין די גראָוט פראָנט דורך טערמאַל ראַדיאַציע צו די וווּקס ייבערפלאַך, לידינג צו די פאָרמירונג פון וידעפדיק סערפאַסיז, ​​ד"ה, פּאָליקריסטאַללינע גראָוט.
ביידע מאַסע אַריבערפירן און רעקריסטאַלליזאַטיאָן פּראַסעסאַז אין די PVT אופֿן זענען זייער ענלעך צו די HTCVD אופֿן, כאָטש זיי אַנדערש אין די סיק מקור. דעם מיטל אַז גיך וווּקס פון SiC איז אויך אַטשיוואַבאַל ווען די סובלימאַטיאָן קורס פון די SiC מקור איז גענוג הויך. אָבער, אַטשיווינג הויך-קוואַליטעט SiC איין קריסטאַלז אונטער הויך וווּקס טנאָים דורך די PVT אופֿן האט עטלעכע טשאַלאַנדזשיז. געשעפט פּאַודערז טיפּיקלי אַנטהאַלטן אַ געמיש פון קליין און גרויס פּאַרטיקאַלז. רעכט צו ייבערפלאַך ענערגיע דיפעראַנסיז, קליין פּאַרטיקאַלז האָבן לעפיערעך הויך טומע קאַנסאַנטריישאַנז און סאַבלימאַטע איידער גרויס פּאַרטיקאַלז, לידינג צו הויך טומע קאַנסאַנטריישאַנז אין די פרי וווּקס סטאַגעס פון די קריסטאַל. אין דערצו, ווי האַרט סיק דיקאַמפּאָוזד אין פארע מינים ווי C און Si, SiC2 און Si2C ביי הויך טעמפּעראַטורעס, האַרט C ינעוואַטאַבלי פארמען ווען די סיק מקור סובלימאַטיז אין די פּווט אופֿן. אויב די געשאפן האַרט C איז קליין און ליכט גענוג, אונטער גיך וווּקס טנאָים, קליין C פּאַרטיקאַלז, באקאנט ווי "C שטויב," קענען זיין טראַנספּאָרטאַד צו די קריסטאַל ייבערפלאַך דורך שטאַרק מאַסע אַריבערפירן, ריזאַלטינג אין ינקלוזשאַנז אין די דערוואַקסן קריסטאַל. דעריבער, צו רעדוצירן מעטאַל ימפּיוראַטיז און C שטויב, די פּאַרטאַקאַל גרייס פון די סיק מקור זאָל בכלל זיין קאַנטראָולד צו אַ דיאַמעטער פון ווייניקער ווי 200 μם, און די וווּקס קורס זאָל נישט יקסיד ~0.4 מם / ה צו האַלטן פּאַמעלעך מאַסע אַריבערפירן און ויסשליסן פלאָוטינג C שטויב. מעטאַל ימפּיוראַטיז און C שטויב פירן צו דער דערנידעריקונג פון דערוואַקסן SiC קריסטאַלז, וואָס זענען די הויפּט מניעות פֿאַר די גיך וווּקס פון SiC דורך די PVT אופֿן.
אין דעם לערנען, קראַשט CVD-SiC קוואלן אָן קליין פּאַרטיקאַלז זענען געניצט, ילימאַנייטינג פלאָוטינג C שטויב אונטער שטאַרק מאַסע אַריבערפירן. אזוי, די טערמאַל זאָנע סטרוקטור איז דיזיינד מיט מולטיפיסיקס סימיאַליישאַן-באזירט פּווט אופֿן צו דערגרייכן גיך סיק וווּקס, און די סימיאַלייטיד טעמפּעראַטור פאַרשפּרייטונג און טעמפּעראַטור גראַדיענט זענען געוויזן אין פיגורע 3 אַ.

פיגורע 3: (אַ) טעמפּעראַטור פאַרשפּרייטונג און טעמפּעראַטור גראַדיענט לעבן די גראָוט פראָנט פון די פּווט רעאַקטאָר באקומען דורך ענדלעך עלעמענט אַנאַליסיס, און (ב) ווערטיקאַל טעמפּעראַטור פאַרשפּרייטונג צוזאמען די אַקסיממעטריק שורה.
קאַמפּערד צו די טיפּיש טערמאַל זאָנע סעטטינגס פֿאַר גראָוינג סיק קריסטאַלז מיט אַ וווּקס קורס פון 0.3 צו 0.8 מם / ה אונטער אַ קליין טעמפּעראַטור גראַדיענט פון ווייניקער ווי 1 ° C / מם, די טערמאַל זאָנע סעטטינגס אין דעם לערנען האָבן אַ לעפיערעך גרויס טעמפּעראַטור גראַדיענט פון ~ ∼ 3.8 °C / מם ביי אַ וווּקס טעמפּעראַטור פון ~2268 °C. די טעמפּעראַטור גראַדיענט ווערט אין דעם לערנען איז פאַרגלייַכלעך צו די גיך וווּקס פון SiC אין אַ קורס פון 2.4 מם / ה ניצן די HTCVD אופֿן, ווו די טעמפּעראַטור גראַדיענט איז באַשטימט צו ~ 14 ° C / מם. פֿון די ווערטיקאַל טעמפּעראַטור פאַרשפּרייטונג געוויזן אין פיגורע 3 ב, מיר באשטעטיקט אַז קיין פאַרקערט טעמפּעראַטור גראַדיענט וואָס קען פאָרעם פּאָליקריסטאַלז איז געווען פאָרשטעלן לעבן די גראָוט פראָנט, ווי דיסקרייבד אין דער ליטעראַטור.
ניצן די פּווט סיסטעם, סיק קריסטאַלז זענען דערוואַקסן פון די CVD-SiC מקור פֿאַר 4 שעה, ווי געוויזן אין Figures 2 און 3. א רעפּריזענאַטיוו סיק קריסטאַל וווּקס פון די דערוואַקסן סיק איז געוויזן אין פיגורע 4 אַ. די גרעב און וווּקס קורס פון די סיק קריסטאַל געוויזן אין פיגורע 4 אַ זענען ריספּעקטיוולי 5.84 מם און 1.46 מם / ה. די פּראַל פון די סיק מקור אויף די קוואַליטעט, פּאָליטיפּע, מאָרפאָלאָגי און ריינקייַט פון די דערוואַקסן סיק קריסטאַל געוויזן אין פיגורע 4 אַ איז געווען ינוועסטאַגייטאַד, ווי געוויזן אין פיגורע 4b-e. די קרייַז-סעקשאַנאַל טאָמאָגראַפי בילד אין פיגורע 4ב ווייזט אַז די קריסטאַל וווּקס איז קאַנוועקס-שייפּט רעכט צו דער סובאָפּטימאַל וווּקס טנאָים. אָבער, די מיקראָ-ראַמאַן ספּעקטראַסקאָפּי אין פיגורע 4 ק יידענאַפייד די דערוואַקסן קריסטאַל ווי אַ איין פאַסע פון ​​4H-SiC אָן קיין פּאָליטיפּע ינקלוזשאַנז. די FWHM ווערט פון די (0004) שפּיץ באקומען פון די X-Ray ראַקינג ויסבייג אַנאַליסיס איז געווען 18.9 אַרקסעקאָנדס, אויך קאַנפערמינג גוט קריסטאַל קוואַליטעט.

פיגורע 4: (אַ) דערוואַקסן סיק קריסטאַל (גראָוט קורס פון 1.46 מם / ה) און זייַן אפשאצונג רעזולטאטן מיט (ב) קרייַז-סעקשאַנאַל טאָמאָגראַפי, (C) מיקראָ-ראַמאַן ספּעקטראָסקאָפּי, (ד) X-Ray ראַקינג ויסבייג, און ( ה) X-Ray טאַפּאַגראַפי.

פיגורע 4e ווייזט די ווייַס שטראַל X-Ray טאַפּאַגראַפי וואָס ידענטיפיצירן סקראַטשיז און טרעדינג דיסלאָוקיישאַנז אין די פּאַלישט ווייפער פון די דערוואַקסן קריסטאַל. די דיסלאָוקיישאַן געדיכטקייַט פון די דערוואַקסן קריסטאַל איז געמאסטן צו זיין ~ 3000 עאַ / סענטימעטער ², אַ ביסל העכער ווי די דיסלאָוקיישאַן געדיכטקייַט פון די זוימען קריסטאַל, וואָס איז געווען ~ 2000 עאַ / סענטימעטער ². די דערוואַקסן קריסטאַל איז באשטעטיקט צו האָבן לעפיערעך נידעריק דיסלאָוקיישאַן געדיכטקייַט, פאַרגלייַכלעך צו די קריסטאַל קוואַליטעט פון געשעפט ווייפערז. ינטערעסטינגלי, גיך וווּקס פון סיק קריסטאַלז איז אַטשיווד מיט די PVT אופֿן מיט אַ קראַשט CVD-SiC מקור אונטער אַ גרויס טעמפּעראַטור גראַדיענט. די קאַנסאַנטריישאַנז פון ב, על און ען אין די דערוואַקסן קריסטאַל זענען ריספּעקטיוולי 2.18 × 10¹⁶, 7.61 × 10¹⁵ און 1.98 × 10¹⁹ אַטאָמס / סענטימעטער. די קאַנסאַנטריישאַן פון פּ אין די דערוואַקסן קריסטאַל איז געווען אונטער די דיטעקשאַן שיעור (<1.0 × 10¹⁴ אַטאָמס / סענטימעטער³). די טומע קאַנסאַנטריישאַנז זענען גענוג נידעריק פֿאַר אָפּצאָל קאַריערז, אַחוץ פֿאַר N, וואָס איז בעקיוון דאַפּט בעשאַס די CVD פּראָצעס.
כאָטש די קריסטאַל וווּקס אין דעם לערנען איז געווען קליין-וואָג קאַנסידערינג געשעפט פּראָדוקטן, די געראָטן דעמאַנסטריישאַן פון גיך סיק וווּקס מיט גוט קריסטאַל קוואַליטעט ניצן די CVD-SiC מקור דורך די PVT אופֿן האט באַטייַטיק ימפּלאַקיישאַנז. זינט CVD-SiC קוואלן, טראָץ זייער ויסגעצייכנט פּראָפּערטיעס, זענען קאָס-קאַמפּעטיטיוו דורך ריסייקלינג דיסקאַרדיד מאַטעריאַלס, מיר דערוואַרטן זייער וויידספּרעד יוטאַלאַזיישאַן ווי אַ פּראַמאַסינג סיק מקור צו פאַרבייַטן סיק פּודער קוואלן. צו צולייגן CVD-SiC קוואלן פֿאַר גיך וווּקס פון SiC, אָפּטימיזינג די טעמפּעראַטור פאַרשפּרייטונג אין די PVT סיסטעם איז פארלאנגט, פּאָוזינג ווייַטער פֿראגן פֿאַר צוקונפֿט פאָרשונג.

מסקנא
אין דעם לערנען, די געראָטן דעמאַנסטריישאַן פון גיך סיק קריסטאַל וווּקס ניצן קראַשט CVD-SiC בלאַקס אונטער הויך-טעמפּעראַטור גראַדיענט טנאָים דורך די PVT אופֿן איז אַטשיווד. ינטערעסטינגלי, דער גיך וווּקס פון SiC קריסטאַלז איז געווען איינגעזען דורך ריפּלייסינג די SiC מקור מיט די PVT אופֿן. דער אופֿן איז דערוואַרט צו באטייטיק פאַרגרעסערן די גרויס-וואָג פּראָדוקציע עפעקטיווקייַט פון SiC איין קריסטאַלז, לעסאָף רידוסינג די אַפּאַראַט קאָס פון SiC סאַבסטרייץ און העכערן די וויידספּרעד נוצן פון הויך-פאָרשטעלונג מאַכט דעוויסעס.