Technologie de croissance à cristal unique de SiC
Sous pression normale, il n'y a pas de phase liquide SiC avec un rapport stéchiométrique de Si
est égal à 1:1Par conséquent, la méthode utilisant la fusion comme matière première, couramment utilisée pour la croissance des cristaux de silicium, ne peut pas être appliquée à la croissance des cristaux de SiC en vrac.Le transport physique de vapeur) est employé.Dans ce processus, la poudre de SiC est utilisée comme matière première, placée dans un creuset de graphite avec un substrat de SiC comme cristal de graine,et un gradient de température est établi avec le côté de la poudre de SiC légèrement plus chaudLa température globale est ensuite maintenue entre 2000°C et 2500°C. La méthode de sublimation utilisant des cristaux de graines de SiC est désormais appelée la méthode Lely modifiée,qui est largement utilisé pour la production de substrats SiC.
La figure 1 montre un schéma schématique de la croissance des cristaux de SiC en utilisant la méthode Lely modifiée.,Les atomes fournis se déplacent à travers la surface du cristal de graine et sont incorporés dans les positions où le cristal se forme,ainsi la croissance en vrac des cristaux simples de SiCUne atmosphère inerte, typiquement argon à basse pression, est utilisée et de l'azote est introduit lors du dopage de type n.
La méthode de sublimation est actuellement largement utilisée pour la préparation de cristaux simples de SiC.comparativement à la méthode utilisant le liquide fondu comme matière première pour la croissance de cristaux simples de SiBien que la qualité s'améliore progressivement, les cristaux contiennent encore de nombreuses dislocations et autres problèmes.
En plus de la sublimation,Des tentatives ont également été faites pour préparer des cristaux simples de SiC en vrac à l'aide de méthodes telles que la croissance en phase liquide à travers une solution ou le dépôt de vapeur chimique à haute température (CVD)La figure 2 montre un schéma schématique de la méthode de croissance en phase liquide pour les monocristaux de SiC.
Premièrement, en ce qui concerne la méthode de croissance en phase liquide, la solubilité du carbone dans un solvant au silicium est très faible.des éléments tels que Ti et Cr sont ajoutés au solvant pour augmenter la solubilité du carboneLe carbone est fourni par un creuset de graphite, et le cristal unique de SiC se développe à la surface du cristal de graine à une température légèrement inférieure.La température de croissance est généralement réglée entre 1500°C et 2000°CIl a été rapporté que le taux de croissance peut atteindre plusieurs centaines de micromètres par heure.
L'avantage de la méthode de croissance en phase liquide pour le SiC est que, lors de la croissance des cristaux le long de la direction [0001], les dislocations s'étendant dans la direction [0001] peuvent être pliées dans la direction verticale,Les balayant hors du cristal à travers les parois latérales.Les dislocations de vis s'étendant le long de la direction [0001] sont densément présentes dans les cristaux de SiC existants et sont une source de courant de fuite dans les appareilsLa densité des dislocations de vis est significativement réduite dans les cristaux de SiC préparés par la méthode de croissance en phase liquide.
Les défis dans la croissance des solutions comprennent l'augmentation du taux de croissance, l'extension de la longueur des cristaux cultivés et l'amélioration de la morphologie de surface des cristaux.
La déposition chimique de vapeur à haute température (CVD) de la croissance des cristaux simples de SiC implique l'utilisation de SiH4 comme source de silicium et de C3H8 comme source de carbone dans une atmosphère d'hydrogène à basse pression,d'une teneur en silicium de 1,5% ou plus et d'une teneur en silicium de 1,5% ou plus, mais pas plus de 0,5%Les gaz bruts introduits dans le four de croissance se décomposent en molécules telles que le SiC2 et le Si2C dans la zone de décomposition entourée par une paroi chaude, et ces dernières sont transportées à la surface du cristal de semence,où le SiC monocristallin est cultivé.
Les avantages de la méthode CVD à haute température comprennent la possibilité d'utiliser des gaz bruts de haute pureté, et en contrôlant le débit du gaz, le rapport C/Si dans la phase gazeuse peut être contrôlé avec précision,qui est un paramètre de croissance important qui affecte la densité de défautDans le cas de la croissance du SiC en vrac, un taux de croissance relativement rapide, supérieur à 1 mm/h, peut être atteint.les inconvénients de la méthode CVD à haute température comprennent l'accumulation importante de sous-produits de réaction à l'intérieur du four de croissance et des tuyaux d'échappement.En outre, les réactions en phase gazeuse génèrent des particules dans le flux de gaz, qui peuvent devenir des impuretés dans le cristal.
La méthode CVD à haute température présente un grand potentiel pour produire des cristaux de SiC en vrac de haute qualité.une productivité plus élevée, et une densité de dislocation inférieure à la méthode de sublimation.
En outre, la méthode RAF (Repeated A-Face) est considérée comme une technique basée sur la sublimation qui produit des cristaux de SiC en vrac avec moins de défauts.un cristal de graine coupé perpendiculairement à la direction [0001] est prélevé sur un cristal cultivé le long de la direction [0001]Ensuite, un autre cristal de graine est coupé perpendiculairement à cette nouvelle direction de croissance, et d'autres cristaux simples de SiC sont cultivés.les dislocations sont balayées hors du cristal, résultant en des cristaux de SiC en vrac avec moins de défauts.La densité de dislocation des cristaux de SiC préparés selon la méthode RAF est indiquée comme étant de 1 à 2 ordres de grandeur inférieure à celle des cristaux de SiC standard..
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