Fitomboan'ny SiC tokana kristaly mampiasaCVD-SiC BulkLoharano amin'ny fomba Sublimation
Amin'ny fampiasana recycledCVD-SiC blocsamin'ny maha loharano SiC, ny kristaly SiC dia nitombo soa aman-tsara tamin'ny tahan'ny 1.46 mm / h tamin'ny alàlan'ny fomba PVT. Ny mikrôpipean'ny krystaly lehibe sy ny hakitroky ny dislocation dia manondro fa na dia eo aza ny tahan'ny fitomboana avo dia tsara ny kalitao kristaly.
Silicon carbide (SiC)dia semiconductor midadasika midadasika miaraka amin'ny toetra tena tsara ho an'ny fampiharana amin'ny malefaka, hery avo ary matetika. Nitombo haingana ny fangatahana azy tato anatin'ny taona vitsivitsy, indrindra amin'ny sehatry ny semiconductor herinaratra. Ho an'ny fampiharana semiconductor herinaratra, ny kristaly tokana SiC dia mitombo amin'ny alàlan'ny fanamafisana ny loharano SiC madio indrindra amin'ny 2100-2500 ° C, avy eo dia mamerina amin'ny kristaly voa amin'ny alàlan'ny fomba fitaterana etona ara-batana (PVT), arahin'ny fanodinana mba hahazoana substrate kristaly tokana amin'ny wafers. . Fomban-drazana,kristaly SiCdia mitombo amin'ny fampiasana ny fomba PVT amin'ny taham-pitomboana 0.3 hatramin'ny 0.8 mm / h mba hifehezana ny kristaly, izay somary miadana raha oharina amin'ny fitaovana kristaly tokana ampiasaina amin'ny fampiharana semiconductor. Rehefa mitombo amin'ny taham-pivoarana avo lenta ny kristaly SiC amin'ny alàlan'ny fomba PVT, ny fahasimban'ny kalitao ao anatin'izany ny fampidirana karbaona, ny fahadiovana mihena, ny fitomboan'ny polycrystalline, ny fananganana sisin-tany, ary ny dislocation sy ny porosity kilema dia tsy voavaha. Noho izany, ny fitomboan'ny SiC haingana dia tsy novolavolaina, ary ny tahan'ny fitomboan'ny SiC miadana dia sakana lehibe amin'ny famokarana ny substrate SiC.
Amin'ny lafiny iray, ny tatitra vao haingana momba ny fitomboana haingana ny SiC dia nampiasa fomba fametrahana etona simika avo lenta (HTCVD) fa tsy fomba PVT. Ny fomba HTCVD dia mampiasa etona misy Si sy C ho loharano SiC ao amin'ny reactor. Ny HTCVD dia tsy mbola nampiasaina tamin'ny famokarana SiC midadasika ary mitaky fikarohana sy fampandrosoana bebe kokoa ho an'ny varotra. Mahaliana fa na dia amin'ny tahan'ny fitomboana avo lenta amin'ny ~3 mm / h aza, ny kristaly tokana SiC dia azo ampitomboina amin'ny kalitao kristaly tsara amin'ny fampiasana ny fomba HTCVD. Mandritra izany fotoana izany, ny singa SiC dia nampiasaina tamin'ny fizotran'ny semiconductor ao anatin'ny tontolo henjana izay mitaky fanaraha-maso ny fizotran'ny fahadiovana. Ho an'ny fampiharana dingan'ny semiconductor, ny singa SiC madio 99.9999% (∼6N) dia matetika nomanina amin'ny fizotran'ny CVD avy amin'ny methyltrichlorosilane (CH3Cl3Si, MTS). Na izany aza, na dia eo aza ny fahadiovana avo amin'ny singa CVD-SiC, dia nariana izy ireo taorian'ny fampiasana azy. Vao haingana, ny singa CVD-SiC nariana dia noheverina ho loharano SiC ho an'ny fitomboan'ny kristaly, na dia mbola ilaina aza ny dingana fanarenana sasany ao anatin'izany ny famotehana sy ny fanadiovana mba hahafeno ny fitakiana avo lenta amin'ny loharano fitomboana kristaly. Tao anatin'ity fandalinana ity, nampiasa bloc CVD-SiC nariana izahay mba hanodina ny fitaovana ho loharanon'ny kristaly SiC. Ny blocs CVD-SiC ho an'ny fitomboan'ny kristaly tokana dia nomanina ho sakana voafehin'ny habe, tsy mitovy amin'ny endriny sy ny habeny raha oharina amin'ny vovoka SiC ara-barotra izay ampiasaina matetika amin'ny fizotran'ny PVT, noho izany ny fitondran-tenan'ny fitomboan'ny kristaly tokana SiC dia andrasana ho lehibe. samihafa. Talohan'ny nanaovany fanandramana fitomboan'ny kristaly tokana SiC, dia natao ny simulation informatika mba hahatratrarana ny tahan'ny fitomboana avo lenta, ary ny faritra mafana dia natsangana araka izany ho an'ny fitomboan'ny kristaly tokana. Taorian'ny fitomboan'ny kristaly, ny kristaly lehibe dia nodinihina tamin'ny tomography cross-sectional, spectroscopy micro-Raman, diffraction X-ray avo lenta, ary topografia X-ray taratra fotsy synchrotron.
Ny sary 1 dia mampiseho ny loharano CVD-SiC ampiasaina amin'ny fitomboan'ny PVT ny kristaly SiC amin'ity fandalinana ity. Araka ny voalaza ao amin'ny teny fampidirana, ny singa CVD-SiC dia novolavolaina avy amin'ny MTS tamin'ny alàlan'ny fizotran'ny CVD ary novolavolaina ho an'ny fampiasana semiconductor amin'ny alàlan'ny fanodinana mekanika. N dia doped amin'ny fizotry ny CVD mba hahazoana conductivity ho an'ny rindranasa semiconductor. Taorian'ny fampiasana amin'ny fizotran'ny semiconductor, dia nopotehina ny singa CVD-SiC mba hanomanana ny loharano ho an'ny fitomboan'ny kristaly, araka ny aseho amin'ny sary 1. Ny loharano CVD-SiC dia nomanina ho takelaka misy salan'isa antonony ~ 0.5 mm ary salan'isa ampahany amin'ny salan'isa. 49,75 mm.
Sary 1: loharano CVD-SiC nomanin'ny fizotran'ny CVD mifototra amin'ny MTS.
Amin'ny fampiasana ny loharano CVD-SiC aseho ao amin'ny Figure 1, ny kristaly SiC dia nitombo tamin'ny fomba PVT tao anaty lafaoro fanafanana induction. Mba hanombanana ny fizarana mari-pana ao amin'ny faritra mafana, dia nampiasaina ny code simulation ara-barotra VR-PVT 8.2 (STR, Repoblikan'i Serbia). Ny reactor miaraka amin'ny faritra mafana dia novolavolaina ho modely axisymmetric 2D, araka ny aseho amin'ny sary 2, miaraka amin'ny maodely mesh. Ny fitaovana rehetra ampiasaina amin'ny simulation dia aseho amin'ny sary 2, ary ny fananany dia voatanisa ao amin'ny tabilao 1. Miorina amin'ny valin'ny simulation, ny kristaly SiC dia nitombo tamin'ny fampiasana ny fomba PVT amin'ny mari-pana amin'ny 2250-2350 ° C ao amin'ny atmosfera Ar amin'ny 35 Torr mandritra ny 4 ora. A 4 ° off-axis 4H-SiC wafer dia nampiasaina ho voan'ny SiC. Ny kristaly lehibe dia nodinihina tamin'ny micro-Raman spectroscopy (Witec, UHTS 300, Germany) sy XRD avo lenta (HRXRD, X'Pert-PROMED, PANalytical, Netherlands). Ny fifantohana amin'ny fahalotoana ao amin'ny kristaly SiC efa lehibe dia nodinihina tamin'ny fampiasana spectrometry faobe faharoa (SIMS, Cameca IMS-6f, France). Ny hakitroky ny dislocation ny kristaly nitombo dia nanombantombana tamin'ny fampiasana synchrotron white beam X-ray topography ao amin'ny Pohang Light Source.
Sary 2: Diagrama faritra mafana sy modely harato amin'ny fitomboan'ny PVT ao anaty lafaoro fanafanana induction.
Koa satria ny fomba HTCVD sy PVT dia mitombo kristaly eo ambanin'ny equilibrium amin'ny equilibrium amin'ny equilibrium amin'ny fiandohan'ny fitomboana, ny fitomboana haingana amin'ny SiC amin'ny fomba HTCVD dia nahatonga ny fanamby amin'ny fitomboana haingana ny SiC amin'ny fomba PVT amin'ity fandalinana ity. Ny fomba HTCVD dia mampiasa loharano entona mora fehezina, raha ny fomba PVT dia mampiasa loharano matanjaka izay tsy mifehy mivantana ny fikorianan'ny rivotra. Ny tahan'ny fikorianan'ny rivotra omena ny fitomboana eo anoloana amin'ny fomba PVT dia azo fehezina amin'ny tahan'ny sublimation ny loharano mivaingana amin'ny alàlan'ny fanaraha-maso ny fizarana mari-pana, fa ny fanaraha-maso marina ny fizarana mari-pana amin'ny rafitra fitomboana azo ampiharina dia tsy mora tratrarina.
Amin'ny fampitomboana ny mari-pana loharano ao amin'ny PVT reactor, ny tahan'ny fitomboan'ny SiC dia azo ampitomboina amin'ny fampitomboana ny tahan'ny sublimation ny loharano. Mba hahatratrarana ny fitomboan'ny kristaly marin-toerana dia zava-dehibe ny fanaraha-maso ny mari-pana eo anoloana. Mba hampitomboana ny taham-pivoarana tsy misy polycrystals dia tsy maintsy tratrarina ny gradient avo lenta eo amin'ny sehatry ny fitomboana, araka ny asehon'ny fitomboan'ny SiC amin'ny alàlan'ny fomba HTCVD. Ny tsy fahampian'ny hafanana mitsangana mankany an-damosin'ny satrony dia tokony hanala ny hafanana miangona eo amin'ny fiandohan'ny fitomboana amin'ny alàlan'ny taratra mafana mankany amin'ny sehatry ny fitomboana, izay mitarika ho amin'ny fiforonan'ny faritra be loatra, izany hoe ny fitomboan'ny polycrystalline.
Samy mitovy amin'ny fomba HTCVD ny famindrana faobe sy ny famerenana amin'ny laoniny amin'ny fomba PVT, na dia tsy mitovy amin'ny loharano SiC aza izy ireo. Midika izany fa ny fitomboana haingana ny SiC dia azo tanterahina ihany koa rehefa ampy ny tahan'ny sublimation ny loharano SiC. Na izany aza, ny fanatratrarana kristaly tokana SiC avo lenta amin'ny toe-javatra mitombo avo amin'ny alàlan'ny fomba PVT dia manana fanamby maro. Ny vovoka ara-barotra amin'ny ankapobeny dia misy fifangaroan'ny singa madinika sy lehibe. Noho ny fahasamihafan'ny angovo ety ambonin'ny tany, ny potikely kely dia manana fifantohana fahalotoana avo lenta ary mi-sublimate alohan'ny poti-be, mitarika amin'ny fifantohana avo lenta amin'ny dingana voalohan'ny fitomboan'ny kristaly. Ho fanampin'izany, rehefa mivadika ho karazana etona toy ny C sy Si, SiC2 ary Si2C amin'ny mari-pana ambony ny SiC mafy, dia tsy azo ihodivirana ny miforona C solid rehefa mipoitra ny loharano SiC amin'ny fomba PVT. Raha toa ka kely sy maivana ny solid C miforona, ao anatin'ny toe-javatra mitombo haingana, ny singa C kely, fantatra amin'ny anarana hoe "vovoka C", dia azo entina mankany amin'ny tontolon'ny krystaly amin'ny alàlan'ny famindrana faobe mahery vaika, ka miteraka fidiran'ny kristaly mitombo. Noho izany, mba hampihenana ny loto vy sy ny vovoka C, ny haben'ny poti amin'ny loharano SiC dia tokony ho fehezina amin'ny savaivony latsaky ny 200 μm, ary ny tahan'ny fitomboana dia tsy tokony hihoatra ny ~ 0.4 mm / h mba hihazonana miadana famindrana faobe sy hanilika mitsingevana. C vovoka. Ny loto metaly sy ny vovoka C dia mitarika ny fahasimban'ny kristaly SiC efa lehibe, izay sakana lehibe amin'ny fitomboan'ny SiC haingana amin'ny alàlan'ny fomba PVT.
Ao anatin'ity fandalinana ity, ny loharanon'ny CVD-SiC nopotehina tsy misy potikely kely dia nampiasaina, nanafoana ny vovoka C mitsingevana eo ambanin'ny famindrana faobe mahery vaika. Noho izany, ny firafitry ny faritra mafana dia novolavolaina tamin'ny fampiasana fomba PVT mifototra amin'ny simulation multiphysics mba hahatratrarana ny fitomboan'ny SiC haingana, ary ny fizarana mari-pana sy ny gradient mari-pana dia aseho amin'ny sary 3a.
Sary 3: (a) Fizarana mari-pana sy gradient mari-pana eo akaikin'ny fitomboan'ny reactor PVT azo amin'ny famakafakana singa voafetra, ary (b) fizarana mari-pana mitsangana eo amin'ny tsipika axisymmetric.
Raha ampitahaina amin'ny toeran'ny faritra mafana mahazatra amin'ny fitomboan'ny kristaly SiC amin'ny taham-pitomboan'ny 0.3 hatramin'ny 0.8 mm / h eo ambanin'ny gradient mari-pana kely latsaky ny 1 °C / mm, ny faritra mafana amin'ity fandalinana ity dia manana gradient mari-pana lehibe kokoa amin'ny ∼ 3.8 °C/mm amin'ny mari-pana mitombo ~2268°C. Ny sandan'ny gradient mari-pana amin'ity fandalinana ity dia azo ampitahaina amin'ny fitomboan'ny SiC haingana amin'ny tahan'ny 2.4 mm / h amin'ny fampiasana ny fomba HTCVD, izay ametrahana ny mari-pana amin'ny ~ 14 ° C / mm. Avy amin'ny fizarana mari-pana mitsangana aseho ao amin'ny Figure 3b, dia nanamafy izahay fa tsy misy gradient hafanana mivadika izay mety hamorona polycrystals eo akaikin'ny fitomboana, araka ny voalaza ao amin'ny literatiora.
Amin'ny fampiasana ny rafitra PVT, ny kristaly SiC dia nitombo avy amin'ny loharano CVD-SiC nandritra ny ora 4, araka ny aseho amin'ny sary 2 sy 3. Ny fitomboan'ny kristaly SiC solontenan'ny SiC lehibe dia aseho amin'ny sary 4a. Ny hateviny sy ny taham-pitomboan'ny kristaly SiC aseho amin'ny sary 4a dia 5.84 mm sy 1.46 mm / h. Ny fiantraikan'ny loharano SiC amin'ny kalitao, ny polytype, ny morphologie ary ny fahadiovan'ny kristaly SiC mitombo ao amin'ny Figure 4a dia nodinihina, araka ny aseho amin'ny sary 4b-e. Ny sary tomography cross-sectional ao amin'ny Figure 4b dia mampiseho fa ny fitomboan'ny kristaly dia miendrika convex noho ny toetry ny fitomboana ambany indrindra. Na izany aza, ny spectroscopy micro-Raman ao amin'ny Figure 4c dia namaritra ny kristaly lehibe ho toy ny dingana tokana amin'ny 4H-SiC tsy misy fampidirana polytype. Ny sandan'ny FWHM amin'ny tampon'ny (0004) azo avy amin'ny famakafakana curve rocking X-ray dia 18.9 arcseconds, manamafy ihany koa ny kalitao kristaly.
Sary 4: (a) kristaly SiC nitombo (fampitomboana 1.46 mm / h) sy ny valin'ny fanombanana azy miaraka amin'ny (b) tomography cross-sectional, (c) spectroscopy micro-Raman, (d) curve rocking X-ray, ary ( e) Topografia X-ray.
Ny sary 4e dia mampiseho ny topografia taratra X-ray fotsy izay mamaritra ny fikitihana sy ny fivilian'ny kofehy ao amin'ny wafer voapoizina amin'ny kristaly lehibe. Ny hakitroky ny dislocation amin'ny kristaly lehibe dia refesina ho ~3000 ea/cm², ambony kely noho ny hakitroky ny dislocation ny kristaly voa, izay ∼2000 ea/cm². Ny kristaly efa lehibe dia nohamafisina fa somary ambany ny hakitroky ny dislocation, azo ampitahaina amin'ny kalitaon'ny kristaly amin'ny wafer ara-barotra. Mahaliana fa ny fitomboana haingana ny kristaly SiC dia tratra tamin'ny alàlan'ny fomba PVT miaraka amin'ny loharano CVD-SiC torotoro eo ambanin'ny gradient hafanana lehibe. Ny fifantohana amin'ny B, Al, ary N ao amin'ny kristaly lehibe dia 2.18 × 10¹⁶, 7.61 × 10¹⁵, ary 1.98 × 10¹⁹ atoma / cm³, tsirairay avy. Ny fifantohan'ny P ao amin'ny kristaly lehibe dia eo ambanin'ny fetran'ny fitiliana (<1.0 × 10¹⁴ atôma / cm³). Ny fatran'ny loto dia ambany dia ambany ho an'ny mpitatitra fiampangana, afa-tsy ny N, izay ninia doped nandritra ny fizotran'ny CVD.
Na dia kely aza ny fitomboan'ny krystaly amin'ity fandalinana ity raha jerena ny vokatra ara-barotra, ny fampisehoana mahomby amin'ny fitomboan'ny SiC haingana miaraka amin'ny kalitao kristaly tsara amin'ny fampiasana ny loharano CVD-SiC amin'ny alàlan'ny fomba PVT dia misy fiantraikany lehibe. Satria ny loharanon'ny CVD-SiC, na dia eo aza ny fananany tena tsara, dia mifaninana amin'ny fanodinana ny fitaovana nariana, manantena izahay fa ny fampiasana azy ireo ho toy ny loharano SiC mampanantena hanolo ny loharano vovoka SiC. Mba hampiharana ny loharanon'ny CVD-SiC ho an'ny fitomboana haingana ny SiC, ilaina ny fanatsarana ny fizarana mari-pana ao amin'ny rafitra PVT, mametraka fanontaniana fanampiny ho an'ny fikarohana ho avy.
Famaranana
Ao anatin'ity fandalinana ity, ny fampisehoana mahomby amin'ny fitomboan'ny kristaly SiC haingana amin'ny fampiasana sakana vita amin'ny CVD-SiC voapoizina eo ambanin'ny fepetra gradient hafanana amin'ny alàlan'ny fomba PVT dia tratra. Mahaliana fa ny fitomboana haingana ny kristaly SiC dia tsapa tamin'ny fanoloana ny loharano SiC tamin'ny fomba PVT. Ity fomba ity dia antenaina fa hampitombo be ny fahombiazan'ny famokarana lehibe amin'ny kristaly tokana SiC, amin'ny farany ny fampihenana ny vidin'ny singa amin'ny substrate SiC ary hampiroborobo ny fampiasana miely patrana amin'ny fitaovana mahery vaika.
Fotoana fandefasana: Jul-19-2024