تكنولوجيا نمو الكريستال الواحد

تكنولوجيا نمو الكريستال الواحد

تحت الضغط الطبيعي، لا يوجد مرحلة سائل SiC مع نسبة ستيوكيومتري من Si

يساوي 1:1ولذلك، فإن الطريقة التي تستخدم الذوبان كمادة خامة، تستخدم عادة لنمو بلورات السيليكون، لا يمكن تطبيقها على نمو بلورات SiC بالجملة.النقل الفيزيائي للبخار) يتم استخدامهافي هذه العملية ، يتم استخدام مسحوق SiC كمادة خام ، وضعت في خندق الجرافيت جنبا إلى جنب مع الركيزة SiC ككريستال البذور ،ويتم تحديد منحدر درجة الحرارة مع جانب مسحوق SiC يكون أكثر سخونة قليلاًيتم بعد ذلك الحفاظ على درجة الحرارة الشاملة بين 2000 °C و 2500 °C. يشار الآن إلى طريقة الترقية باستخدام بلورات بذور SiC باسم طريقة ليلي المعدلة.والذي يستخدم على نطاق واسع لإنتاج الركائز SiC.

يظهر الشكل 1 مخطط نمو بلورات SiC باستخدام طريقة ليلي المعدلة. في مهبل الجرافيت المُسخن فوق 2000 درجة مئوية ، يرتفع مسحوق SiC إلى حالات جزيئية مثل Si2C ، SiC2,و Si ، والتي يتم نقلها بعد ذلك إلى سطح بلور البذور. تتحرك الذرات المقدمة عبر سطح بلور البذور وتدمج في المواقع التي تتشكل فيها البلور ،وبالتالي تنمو الكريستالات الواحدة الكبيرة SiCيتم استخدام جو خامل، عادةً الارغون في ضغط منخفض، ويتم إدخال النيتروجين أثناء المنشطات من النوع n.

يتم استخدام طريقة الترقية على نطاق واسع حالياً لإعداد بلورات SiC الفردية.مقارنة مع الطريقة التي تستخدم السائل المنصهر كمادة أولية لنمو بلورات Si الواحدة، ومعدل النمو بطيء نسبيا. على الرغم من أن الجودة تتحسن تدريجيا، والبلورات لا تزال تحتوي على العديد من الانحرافات وغيرها من القضايا.

بالإضافة إلى طريقة التخفيفكما تم إجراء محاولات لإعداد بلورات واحدة من SiC بكميات كبيرة باستخدام طرق مثل نمو المرحلة السائلة من خلال محلول أو ترسب البخار الكيميائي عالي درجة الحرارة (CVD)يظهر الشكل 2 مخططًا مخططًا لطريقة نمو المرحلة السائلة لبلورات SiC الفردية.

أولاً، فيما يتعلق بطريقة نمو المرحلة السائلة، فإن ذوبان الكربون في محلول السيليكون منخفض جداً.يتم إضافة عناصر مثل Ti و Cr إلى المذيب لزيادة ذوبان الكربونيتم توفير الكربون من قبل صهريج الجرافيت، وتنمو الكريستال الواحد SiC على سطح الكريستال البذري في درجة حرارة أقل قليلا.يتم تحديد درجة حرارة النمو عادة بين 1500 °C و 2000 °C، والتي هي أقل من طريقة الترقية. وقد تم الإبلاغ عن أن معدل النمو يمكن أن يصل إلى عدة مئات من الميكرومترات في الساعة.

ميزة طريقة نمو المرحلة السائلة لـ SiC هي أنه ، عند نمو البلورات على طول الاتجاه [0001] ، يمكن ثني الانحرافات الممتدة في الاتجاه [0001] إلى الاتجاه الرأسي,يُغسلونهم من خلال الجدران الجانبية.الانحرافات المسمار تمتد على طول الاتجاه [0001] موجودة بكثافة كبيرة في بلورات SiC الحالية وهي مصدر لتسريب التيار في الأجهزةيتم تقليل كثافة خلع المسامير بشكل كبير في بلورات SiC المعدة باستخدام طريقة نمو المرحلة السائلة.

تشمل التحديات في نمو الحل زيادة معدل النمو، وتوسيع طول البلورات المزروعة، وتحسين تشكيل سطح البلورات.

ارتفاع درجة حرارة ترسب بخار الكيميائي (CVD) لبلورات SiC الفردية ينطوي على استخدام SiH4 كمصدر للسيليكون و C3H8 كمصدر للكربون في جو الهيدروجين بضغط منخفض ،مع نمو يحدث على سطح رصيف SiC المحافظ عليه في درجة حرارة عالية (عادة فوق 2000 درجة مئوية)الغازات الخام التي يتم إدخالها إلى فرن النمو تتحلل إلى جزيئات مثل SiC2 و Si2C في منطقة التحلل المحاطة بالحائط الساخن ، ويتم نقلها إلى سطح بلور البذور ،حيث يتم زراعة SiC البلورية الواحدة.

ميزات طريقة CVD عالية درجة الحرارة تشمل القدرة على استخدام غازات خام عالية النقاء ، ومن خلال التحكم في معدل تدفق الغاز ، يمكن التحكم بدقة في نسبة C / Si في المرحلة الغازية ،والتي هي معيار نمو مهم يؤثر على كثافة العيوبفي نمو SiC الكتلة، يمكن تحقيق معدل نمو سريع نسبيا، يتجاوز 1mm/h. من ناحية أخرى،عوائق طريقة CVD عالية الحرارة تشمل التراكم الكبير لمنتجات التفاعل الجانبية داخل فرن النمو وأنابيب العادم، مما يضيف عبء صيانة كبير على المعدات. بالإضافة إلى ذلك ، تولد تفاعلات الطور الغازي جسيمات في تيار الغاز ، والتي يمكن أن تصبح شوائب في الكريستال.

طريقة CVD ذات درجة حرارة عالية تحتوي على إمكانات كبيرة كطريقة لإنتاج بلورات SiC بكميات كبيرة عالية الجودة. لذلك يجري تطويرها المستمر لتحقيق تكاليف أقل ،إنتاجية أعلى، وأقل كثافة تحريك مقارنة مع طريقة الترقية.

وعلاوة على ذلك ، يتم الإبلاغ عن طريقة RAF (Repeated A-Face) باعتبارها تقنية تستند إلى الترقية تنتج بلورات SiC بكميات كبيرة مع عدد أقل من العيوب.يتم أخذ بلورات بذور مقطعة عمودياً على اتجاه [0001] من بلورات تزرع على طول اتجاه [0001]ثم يتم قطع بلورة بذرة أخرى عمودياً على هذا الاتجاه الجديد للنمو، ويتم زراعة المزيد من بلورات السيكس.يتم مسح الانحرافات من الكريستال، مما يؤدي إلى كريستالات SiC الكثيرة مع عيوب أقل.يتم الإبلاغ عن كثافة الانحراف لبلورات SiC التي تم تحضيرها باستخدام طريقة RAF بأنها أقل من 1 إلى 2 ترتيبات من حجمها من بلورات SiC القياسية.

ZMSH محلول لوحة SiC

2 بوصات 4 بوصات 6 بوصات 8 بوصات كربيد السيليكون وافل سيك وافل البحث المزيف الدرجة الأولى

رقاقة سي سي هي مادة أشباه الموصلات التي لها خصائص كهربائية وحرارية ممتازة. إنها أشباه موصلات عالية الأداء مثالية لمجموعة واسعة من التطبيقات.بالإضافة إلى مقاومة الحرارة العالية، كما يحتوي على مستوى عال جدا من القسوة.