Ka Ulu wikiwiki o ka SiC hoʻokahi Crystal e hoʻohana anaCVD-SiC NuiPuna ma o Sublimation Method
Me ka hoʻohana ʻana i nā mea hana houNā poloka CVD-SiCma ke ʻano he kumu SiC, ua ulu maikaʻi nā kristal SiC ma ka wikiwiki o 1.46 mm / h ma o ke ʻano PVT. Hōʻike ka micropipe o ka kristal ulu a me ka dislocation densities ʻoiai ke kiʻekiʻe o ka ulu ʻana, ʻoi aku ka maikaʻi o ka kristal.
Silika kalapona (SiC)he semiconductor ākea-bandgap me nā waiwai maikaʻi loa no nā noi i ka volta kiʻekiʻe, ka mana kiʻekiʻe, a me ke alapine kiʻekiʻe. Ua ulu wikiwiki kona koi i nā makahiki i hala iho nei, ʻoi aku hoʻi i ke kahua semiconductor mana. No nā noi semiconductor mana, hoʻonui ʻia nā kristal hoʻokahi SiC ma o ka hoʻohaʻahaʻa ʻana i ke kumu SiC maʻemaʻe kiʻekiʻe ma 2100–2500 ° C, a laila e hoʻolaʻa hou ʻia ma luna o kahi aniani hua me ka hoʻohana ʻana i ke ʻano o ka lawe ʻana i ka mahu kino (PVT), a ukali ʻia e ka hana ʻana e kiʻi i nā substrates kristal hoʻokahi ma nā wafers. . ʻO ke kuʻuna,ʻO nā kristal SiCua ulu ʻia me ka hoʻohana ʻana i ke ʻano PVT ma ka ulu ʻana o 0.3 a i ka 0.8 mm / h e hoʻomalu i ka crystallinity, ʻoi aku ka lohi e hoʻohālikelike ʻia me nā mea aniani hoʻokahi i hoʻohana ʻia i nā noi semiconductor. Ke ulu ʻia nā kristal SiC i nā kiʻekiʻe o ka ulu ʻana me ka hoʻohana ʻana i ke ʻano PVT, ʻaʻole i kāpae ʻia ka hoʻohaʻahaʻa ʻana i ka maikaʻi me ka hoʻohui ʻana o ke kalapona, ka hoʻohaʻahaʻa ʻana i ka maʻemaʻe, ka ulu ʻana o ka polycrystalline, ka hoʻokumu ʻana i ka palena o ka palaoa, a me ka dislocation a me ka porosity defects. No laila, ʻaʻole i hoʻomohala ʻia ka ulu wikiwiki ʻana o SiC, a ʻo ka wikiwiki o ka ulu ʻana o SiC he mea keakea nui i ka huahana o nā substrates SiC.
Ma ka ʻaoʻao ʻē aʻe, ʻo nā hōʻike hou e pili ana i ka ulu wikiwiki ʻana o SiC ke hoʻohana nei i nā ala kiʻekiʻe-mehana chemical vapor deposition (HTCVD) ma mua o ke ʻano PVT. Hoʻohana ke ʻano HTCVD i kahi mahu i loaʻa iā Si a me C ke kumu SiC i loko o ka reactor. ʻAʻole i hoʻohana ʻia ʻo HTCVD no ka hana nui ʻana o SiC a koi hou aku i ka noiʻi a me ka hoʻomohala ʻana no ke kālepa. ʻO ka mea e mahalo ai, ʻoiai ma kahi kiʻekiʻe o ka ulu ʻana o ~3 mm/h, hiki ke hoʻonui ʻia nā kristal hoʻokahi SiC me ka maikaʻi kristal maikaʻi me ka hoʻohana ʻana i ke ʻano HTCVD. Eia nō naʻe, ua hoʻohana ʻia nā ʻāpana SiC i nā kaʻina semiconductor ma lalo o nā kaiapuni koʻikoʻi e koi ai i ka mana kaʻina hana maʻemaʻe kiʻekiʻe. No nā noi kaʻina hana semiconductor, ∼99.9999% (∼6N) maʻemaʻe nā ʻāpana SiC e hoʻomākaukau mau ʻia e ke kaʻina CVD mai ka methyltrichlorosilane (CH3Cl3Si, MTS). Eia nō naʻe, ʻoiai ka maʻemaʻe kiʻekiʻe o nā ʻāpana CVD-SiC, ua hoʻolei ʻia lākou ma hope o ka hoʻohana ʻana. I kēia mau lā, ua manaʻo ʻia nā ʻāpana CVD-SiC i hoʻolei ʻia he kumu SiC no ka ulu ʻana o ke aniani, ʻoiai ʻo kekahi mau kaʻina hoʻolaʻa e pili ana i ka ʻoki ʻana a me ka hoʻomaʻemaʻe ʻana e koi ʻia e hoʻokō i nā koi kiʻekiʻe o kahi kumu ulu kristal. Ma kēia haʻawina, ua hoʻohana mākou i nā poloka CVD-SiC i hoʻolei ʻia e hana hou i nā mea i kumu no ka ulu ʻana i nā kristal SiC. Ua hoʻomākaukau ʻia nā poloka CVD-SiC no ka ulu ʻana o ke aniani hoʻokahi e like me nā poloka i hoʻopaʻa ʻia i ka nui, ʻokoʻa loa i ke ʻano a me ka nui i hoʻohālikelike ʻia me ka pauka SiC pāʻoihana i hoʻohana mau ʻia i ke kaʻina hana PVT, no laila ua manaʻo ʻia ka ʻano o ka ulu ʻana o ka kristal SiC hoʻokahi. ʻokoʻa. Ma mua o ka hoʻokō ʻana i nā hoʻokolohua hoʻāʻo ʻana o ka ulu kristal hoʻokahi SiC, ua hana ʻia nā hoʻohālikelike kamepiula no ka loaʻa ʻana o ka ulu kiʻekiʻe, a ua hoʻonohonoho ʻia ka wahi wela no ka ulu ʻana o ka kristal hoʻokahi. Ma hope o ka ulu ʻana o ke aniani, ua loiloi ʻia nā kristal ulu e ka cross-sectional tomography, micro-Raman spectroscopy, kiʻekiʻe-resolution X-ray diffraction, a me synchrotron white beam X-ray topography.
Hōʻike ka 1 i ke kumu CVD-SiC i hoʻohana ʻia no ka ulu ʻana o PVT o nā kristal SiC i kēia haʻawina. E like me ka mea i wehewehe ʻia ma ka hoʻomaka, ua hoʻohui ʻia nā ʻāpana CVD-SiC mai MTS e ke kaʻina CVD a hoʻohālikelike ʻia no ka hoʻohana semiconductor ma o ka hana mechanical. Ua doped ʻia ʻo N i ke kaʻina CVD e hoʻokō i ka conductivity no nā noi kaʻina semiconductor. Ma hope o ka hoʻohana ʻana i nā kaʻina semiconductor, ua ʻoki ʻia nā ʻāpana CVD-SiC e hoʻomākaukau i ke kumu no ka ulu ʻana o ke aniani, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 1. 49.75 mm.
Kiʻi 1: CVD-SiC kumu i hoʻomākaukau ʻia e ka MTS-based CVD process.
Ke hoʻohana nei i ke kumu CVD-SiC i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 1, ua ulu ʻia nā kristal SiC e ke ʻano PVT i loko o kahi umu hoʻomehana induction. No ka loiloi ʻana i ka hāʻawi ʻana i ka wela ma ka wahi wela, ua hoʻohana ʻia ka code simulation pāʻoihana VR-PVT 8.2 (STR, Republic of Serbia). Ua hoʻohālike ʻia ka reactor me ka ʻāpana wela e like me ke kumu hoʻohālike axisymmetric 2D, e like me ka hōʻike ʻana ma ke Kiʻi 2, me kāna ʻano mesh. Hōʻike ʻia nā mea a pau i hoʻohana ʻia i ka simulation ma ka Figure 2, a ua helu ʻia ko lākou mau waiwai ma ka Papa 1. Ma muli o nā hopena simulation, ua ulu ʻia nā kristal SiC me ka hoʻohana ʻana i ke ʻano PVT ma kahi mahana wela o 2250-2350 ° C i kahi lewa Ar ma 35 Torr no 4 mau hola. Ua hoʻohana ʻia kahi 4° off-axis 4H-SiC wafer e like me ka hua SiC. Ua loiloi ʻia nā kristal ulu e ka micro-Raman spectroscopy (Witec, UHTS 300, Kelemānia) a me ka hoʻonā kiʻekiʻe XRD (HRXRD, X'Pert-PROMED, PANalytical, Netherlands). Ua loiloi ʻia nā ʻano haumia i loko o nā kristal SiC ulu ʻia me ka hoʻohana ʻana i ka spectrometry ion mass spectrometry (SIMS, Cameca IMS-6f, Farani). Ua loiloi ʻia ka nui o ka dislocation o nā kristal ulu me ka hoʻohana ʻana i ka synchrotron white beam X-ray topography ma ka Pohang Light Source.
Kiʻi 2: Ke kiʻikuhi wela wela a me ke ʻano mesh o ka ulu ʻana o PVT i loko o kahi umu hoʻomehana induction.
Ma muli o ka ulu ʻana o nā ʻano ʻo HTCVD a me PVT i nā kristal ma lalo o ke kaulike o ke kinoea paʻa i ka mua o ka ulu ʻana, ua ulu wikiwiki ka ulu wikiwiki ʻana o SiC ma ke ʻano HTCVD i ka paʻakikī o ka ulu wikiwiki ʻana o SiC ma ke ʻano PVT i kēia haʻawina. Ke hoʻohana nei ke ʻano HTCVD i kahi kumu kinoea i maʻalahi ke kahe ʻana, aʻo ke ʻano PVT e hoʻohana i kahi kumu paʻa ʻaʻole e hoʻokele pono i ke kahe. Hiki ke ho'omalu 'ia ke kahe o ke kahe i ho'olako 'ia i mua o ka ulu 'ana ma ke ala PVT e ka sublimation rate o ke kumu pa'a ma o ka mana ho'oka'awale wela, akā, 'a'ole ma'alahi ka ho'okō 'ana i ka ho'omalu pono 'ana o ka pu'unaue wela i nā ʻōnaehana ulu pono.
Ma ka hoʻonui ʻana i ka wela kumu i ka reactor PVT, hiki ke hoʻonui ʻia ka ulu ʻana o SiC ma o ka hoʻonui ʻana i ka sublimation rate o ke kumu. No ka hoʻokō ʻana i ka ulu kristal paʻa, koʻikoʻi ka mālama ʻana i ka mahana ma mua o ka ulu. No ka hoʻonuiʻana i ka uluʻana me ka hanaʻole i nā polycrystals, pono e hoʻokōʻia kahi gradient kiʻekiʻe ma mua o ka uluʻana, e like me ka mea i hōʻikeʻia e ka uluʻana o SiC ma o keʻano HTCVD. ʻO ka hoʻokuʻu ʻana i ka wela kūpaʻa kūpono ʻole i ke kua o ka pāpale e hoʻopau i ka wela i hōʻiliʻili ʻia ma mua o ka ulu ʻana ma o ka radiation thermal i ka ʻili ulu, e alakaʻi ana i ka hoʻokumu ʻana i nā ʻili nui, ʻo ia hoʻi, ka ulu ʻana o ka polycrystalline.
ʻO nā kaʻina hana hoʻoili nui a me ka recrystallization ma ke ʻano PVT e like loa me ke ʻano HTCVD, ʻoiai ʻokoʻa lākou i ke kumu SiC. ʻO ia ke ʻano o ka ulu wikiwiki ʻana o SiC hiki ke loaʻa ke kiʻekiʻe ke kiʻekiʻe o ka sublimation rate o ke kumu SiC. Eia nō naʻe, ʻo ka loaʻa ʻana o nā kristal hoʻokahi SiC kiʻekiʻe ma lalo o nā kūlana ulu kiʻekiʻe ma o ke ʻano PVT he mau pilikia. Loaʻa ka hui ʻana o nā ʻāpana liʻiliʻi a me nā mea nui i nā pauka kālepa. Ma muli o ka ʻokoʻa o ka ikehu o ka honua, ʻoi aku ka nui o nā ʻāpana liʻiliʻi i nā ʻāpana haumia kiʻekiʻe a sublimate ma mua o nā ʻāpana nui, e alakaʻi ana i nā ʻano haumia kiʻekiʻe i ka wā ulu mua o ke aniani. Hoʻohui hou, ʻoiai e hoʻoheheʻe ʻia ʻo SiC paʻa i nā ʻano mahu e like me C a me Si, SiC2 a me Si2C i nā wela kiʻekiʻe, hiki ke hoʻokumu ʻia ka paʻa C i ka wā e sublimates ai ke kumu SiC i ke ʻano PVT. Inā liʻiliʻi a māmā ka paʻa C i hoʻokumu ʻia, ma lalo o nā kūlana ulu wikiwiki, hiki ke lawe ʻia nā ʻāpana C liʻiliʻi, i kapa ʻia ʻo "C dust," i ka ʻili aniani ma o ka hoʻololi ʻana i ka nuipa ikaika, e hopena i nā hoʻokomo ʻia i loko o ka aniani ulu. No laila, no ka hoʻemi ʻana i nā haumia metala a me ka lepo C, pono e hoʻomalu ʻia ka nui o ke kumu SiC i ke anawaena o ka liʻiliʻi ma mua o 200 μm, a ʻaʻole pono ka ulu ʻana ma mua o ~ 0.4 mm / h no ka mālama ʻana i ka neʻe lohi a haʻalele i ka lana. C lepo. ʻO nā mea haumia metala a me ka lepo C ke alakaʻi i ka hoʻohaʻahaʻa ʻana i nā kristal SiC ulu, ʻo ia nā mea pale nui i ka ulu wikiwiki ʻana o SiC ma o ke ʻano PVT.
Ma kēia noiʻi ʻana, ua hoʻohana ʻia nā kumu CVD-SiC i ʻoki ʻia me ka ʻole o nā ʻāpana liʻiliʻi, e hoʻopau ana i ka lepo C e lana ana ma lalo o ka hoʻoili nui ʻana. No laila, ua hoʻolālā ʻia ka hoʻolālā ʻāina wela me ka hoʻohana ʻana i ke ʻano PVT e pili ana i ka simulation multiphysics no ka hoʻokō ʻana i ka ulu wikiwiki ʻana o SiC, a ua hōʻike ʻia ka hoʻohele ʻana i ka wela a me ka gradient mahana ma ke Kiʻi 3a.
Kiʻi 3: (a) Ka māhele ʻana o ka wela a me ka ʻanuʻu wela ma kahi kokoke i ka ulu mua o ka reactor PVT i loaʻa ma o ka nānā ʻana i ka element finite, a (b) ka puʻunaue wela kū pololei ma ka laina axisymmetric.
Hoʻohālikelike ʻia i nā ʻāpana wela maʻamau no ka ulu ʻana i nā kristal SiC ma ka ulu ʻana o 0.3 a i ka 0.8 mm / h ma lalo o kahi gradient wela liʻiliʻi ma lalo o 1 °C/mm, ʻo nā hoʻonohonoho wela o kēia haʻawina he ʻano nui ke aniani wela o ~ 3.8 °C/mm ma kahi mahana ulu o ~2268°C. Hoʻohālikelike ʻia ka waiwai gradient mahana ma kēia haʻawina me ka ulu wikiwiki ʻana o SiC ma ka wikiwiki o 2.4 mm/h me ka hoʻohana ʻana i ke ʻano HTCVD, kahi i hoʻonohonoho ʻia ai ka gradient mahana i ~14 °C/mm. Mai ka puunaue ana wela i hoikeia ma ka Figure 3b, ua hōʻoia mākou ʻaʻole ʻaʻohe gradient wela hoʻohuli i hiki ke hana i nā polycrystals i kokoke i ka ulu ulu, e like me ka mea i wehewehe ʻia ma ka palapala.
Ma ka hoʻohana ʻana i ka ʻōnaehana PVT, ua ulu ʻia nā kristal SiC mai ke kumu CVD-SiC no nā hola 4, e like me ka hōʻike ʻana ma nā Kiʻi 2 a me 3. Hōʻike ʻia ka ulu ʻana o ka kristal SiC mai ka SiC ulu i ke Kiʻi 4a. ʻO ka mānoanoa a me ka ulu ʻana o ke aniani SiC i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 4a he 5.84 mm a me 1.46 mm / h, kēlā me kēia. Ua noiʻi ʻia ka hopena o ke kumu SiC i ka maikaʻi, polytype, morphology, a me ka maʻemaʻe o ka kristal SiC ulu i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 4a, e like me ka hōʻike ʻana ma nā Kiʻi 4b-e. Hōʻike ke kiʻi tomography cross-sectional i ke Kiʻi 4b i ke ʻano o ka ulu ʻana o ke aniani ma muli o nā kūlana ulu suboptimal. Eia nō naʻe, ʻo ka micro-Raman spectroscopy i ka Figure 4c i ʻike i ka kristal ulu e like me ka pae hoʻokahi o 4H-SiC me ka ʻole o nā polytype inclusions. ʻO ka waiwai FWHM o ka (0004) kiʻekiʻe i loaʻa mai ka X-ray rocking curve analysis he 18.9 arcseconds, e hōʻoiaʻiʻo ana i ka maikaʻi kristal maikaʻi.
Kiʻi 4: (a) ʻO ke aniani SiC ulu (ka ulu ʻana o 1.46 mm/h) a me kāna mau hopena loiloi me (b) cross-sectional tomography, (c) micro-Raman spectroscopy, (d) X-ray rocking curve, a ( e) kiʻi kiʻi X-ray.
Hōʻike ka Figure 4e i ka topography X-ray beam keʻokeʻo e hōʻike ana i nā ʻōpala a me nā hoʻokaʻawale ʻana o ka threading i loko o ka wafer poni o ke aniani ulu. Ua ana ʻia ka mānoanoa dislocation o ka aniani i ulu ʻia he ~3000 ea/cm², ʻoi aʻe ka kiʻekiʻe ma mua o ka dislocation density o ke aniani hua, ʻo ia ka ~2000 ea/cm². Ua hōʻoia ʻia ka haʻahaʻa haʻahaʻa o ke aniani i ulu ʻia, e hoʻohālikelike ʻia me ka maikaʻi aniani o nā wafers kalepa. ʻO ka mea mahalo, ua hoʻokō ʻia ka ulu wikiwiki ʻana o nā kristal SiC me ka hoʻohana ʻana i ke ʻano PVT me kahi kumu CVD-SiC i ʻoki ʻia ma lalo o kahi gradient wela nui. ʻO nā manaʻo o B, Al, a me N i loko o ke aniani i ulu ʻia he 2.18 × 10¹⁶, 7.61 × 10¹⁵, a me 1.98 × 10¹⁹ nā mana/cm³. Aia ma lalo o ka palena ʻike (<1.0 × 10¹⁴ atoms/cm³) ka ʻike ʻana o P i loko o ke aniani ulu. Ua lawa ka haʻahaʻa o ka haumia no nā mea lawe uku, koe wale nō ka N, i hoʻopaʻa ʻia i ka wā o ke kaʻina CVD.
ʻOiai ʻo ka ulu ʻana o ke aniani i loko o kēia haʻawina he mea liʻiliʻi e noʻonoʻo ana i nā huahana kalepa, ʻo ka hōʻike kūleʻa o ka ulu wikiwiki ʻana o SiC me ka maikaʻi aniani maikaʻi me ka hoʻohana ʻana i ke kumu CVD-SiC ma o ke ʻano PVT he mau hopena koʻikoʻi. No ka mea, ʻo nā kumu CVD-SiC, ʻoiai ko lākou mau waiwai maikaʻi loa, ʻoi aku ka hoʻokūkū ma o ka hana hou ʻana i nā mea i hoʻolei ʻia, ke manaʻo nei mākou i kā lākou hoʻohana nui ʻana ma ke ʻano he kumu SiC hoʻohiki e hoʻololi i nā kumu pauka SiC. No ke noi ʻana i nā kumu CVD-SiC no ka ulu wikiwiki ʻana o SiC, pono ka hoʻonui ʻana i ka hāʻawi ʻana i ka mahana ma ka ʻōnaehana PVT, e waiho ana i nā nīnau hou no ka noiʻi e hiki mai ana.
Ka hopena
Ma kēia haʻawina, ua hoʻokō ʻia ka hōʻike kūleʻa o ka ulu ʻana o ka kristal SiC me ka hoʻohana ʻana i nā poloka CVD-SiC i ʻoki ʻia ma lalo o nā kūlana gradient kiʻekiʻe ma o ke ʻano PVT. ʻO ka mea mahalo, ua ʻike ʻia ka ulu wikiwiki ʻana o nā kristal SiC ma ka hoʻololi ʻana i ke kumu SiC me ke ʻano PVT. Manaʻo ʻia kēia ʻano e hoʻonui nui i ka pono hana nui o nā kristal hoʻokahi SiC, e hōʻemi ana i ke kumukūʻai ʻāpana o nā substrates SiC a me ka hoʻolaha ʻana i ka hoʻohana nui ʻana o nā mana mana kiʻekiʻe.
Ka manawa hoʻouna: Iulai-19-2024