SiC 단일 결정 성장 기술 개요

SiC 단일 결정 성장 기술 개요

1소개

실리콘 카바이드 (SiC) 단일 결정은 최근 몇 년 동안 높은 온도, 마모 저항성,및 고전력 전자 장치 응용 프로그램다양한 준비 방법들 중, 수비메이션 방법 (Physical Vapor Transport, PVT) 은 현재 SiC 단일 크리스탈을 재배하기 위한 주요 방법이다.액체상 성장 및 고온 화학 증기 퇴적 (CVD)이 문서에서는 SiC 단일 결정 성장 방법, 그 장점 및 과제에 대한 개요를 제공하며 결함 감소를위한 고급 기술로서 RAF 방법을 논의합니다.

2수블리메이션 방법의 원칙 및 응용

보통 압력 하에서 1:1의 Si-to-C 비율을 가진 스티키오메트릭 액체 단계 SiC가 존재하지 않기 때문에일반적으로 실리콘 단일 결정 성장에 사용되는 녹기 성장 방법은 SiC 결정 대량 생산에 직접 적용 될 수 없습니다.따라서 수블리메이션 방법은 주류 선택이되었습니다. 이 방법은 SiC 파우더를 원료로 사용하여 그래피트 크라이블에 배치하고 SiC 기판을 씨앗 결정으로 사용합니다.온도 변수, 가루 쪽에서 약간 더 높게, 물질 운송을 추진합니다. 전체 온도는 일반적으로 2000 °C에서 2500 °C 사이에 유지됩니다.

그림 1은 수정된 렐리 방법을 사용하여 SiC 단일 결정 성장의 스키마를 보여줍니다. SiC 분자는 Si2C, SiC2, Si와 같은 분자 상태로 하강합니다.그라피트 크라이블 내부에서 2000°C 이상의 온도에서이 분자들은 소압의 아르곤 (typically low-pressure argon) 으로 무활성 대기 속에서 씨앗 결정의 표면으로 운반된다.원자는 씨앗 결정 표면에 퍼져 성장 부위에 통합됩니다., 점차적으로 SiC 단일 결정 성장 n 타입 도핑 동안 질소가 도입 될 수 있습니다.

3수비메이션 방법의 장점과 도전

수비메이션 방법은 현재 SiC 단일 크리스탈을 준비하는 데 널리 사용됩니다. 그러나 실리콘 단일 크리스탈에 대한 녹기 성장 방법에 비해SiC 결정의 성장 속도는 상대적으로 느립니다.품질이 점차 개선되고 있지만, 결정은 여전히 많은 수의 변절과 다른 결함을 포함합니다.온도 경사 및 재료 운송의 지속적인 최적화, 일부 결함이 효과적으로 통제되었습니다.

4액체 단계 성장 방법

액체 단계 성장 방법은 용액을 통해 SiC를 성장시키는 것을 포함한다. 그러나 실리콘 용매에 탄소의 용해성은 매우 낮기 때문에,티타늄과 크롬과 같은 원소는 일반적으로 탄소 용해성을 높이기 위해 용매에 추가됩니다.탄소는 그래피트 크라이블에 의해 공급되며 씨앗 결정의 표면의 온도는 상대적으로 낮습니다. 성장 온도는 일반적으로 1500 °C에서 2000 °C 사이로 설정됩니다.소화법보다 낮습니다액체 단계의 성장 속도는 몇 백 미크로미터/시간에 도달할 수 있습니다.

액체 단계 성장 방법의 주요 장점 중 하나는 [0001] 방향으로 확장되는 나사 변동의 밀도를 크게 줄일 수있는 능력입니다.이 변동은 기존 SiC 결정에 밀도로 존재하며 장치의 누출 전류의 주요 원천입니다액체 단계 성장 방법을 사용하여, 이러한 나사 배열은 수직 방향으로 구부러지고 옆벽을 통해 결정 밖으로 휩쓸고,SiC 크리스탈의 굴절 밀도를 현저히 낮추는.

액체 단계 성장의 과제는 성장률을 높이고, 결정의 길이를 늘리고, 결정의 표면 형태를 개선하는 것을 포함한다.

5고온 CVD 방법

고온 CVD 방법은 SiC 단일 결정 생산에 사용되는 또 다른 기술입니다. 이 방법은 낮은 압력 수소 대기에서 수행됩니다.SiH4 및 C3H8가 실리콘과 탄소 원천 가스로 작용하며각각, SiC 기판을 2000°C 이상의 온도에서 유지함으로써,소스 가스는 뜨거운 벽 분해 구역에서 SiC2 및 Si2C와 같은 분자로 분해되고 씨앗 결정 표면에 운반됩니다., 그들은 단일 결정 층을 형성합니다.

고온 CVD 방법의 주요 장점은 고순도의 원자 가스 사용과 가스 흐름 속도를 조절함으로써 가스 단계에서 C/Si 비율의 정확한 제어입니다.이 통제는 결정의 결함 밀도를 관리하는 데 결정적입니다또한, 대용량 SiC의 성장 속도는 1 시간당 1mm를 초과 할 수 있습니다. 그러나 한 단점은 성장 오븐과 배기가스 파이프에 반응 부산물의 상당한 축적입니다.유지보수 어려움이 증가또한, 가스화 반응은 불순물로서 결정에 포함될 수 있는 입자를 생성합니다.

고온 CVD 방법은 고품질의 대용량 SiC 결정 생산에 상당한 잠재력을 가지고 있습니다.그리고 수브리메이션 방법과 비교하여 배열 밀도가 감소합니다..

6RAF 방법: 결함을 줄이는 첨단 기술

RAF (Repeated A-Face) 방식은 씨드 크리스탈을 반복적으로 자르면서 SiC 크리스탈의 결함을 감소시킵니다. 이 기술에서는[0001] 방향으로 자라는 결정에서 [0001] 방향으로 세로로 자른 씨앗 결정이이 원형의 원형의 원형의 원형의 원형의 원형의 원형의 원형의 원형의 원형의 원형의 원형의 원형의 원형의 원형의 원형의 원형의 원형의 원형의 원형의 원형의 원형의 원형의 원형이 됩니다변동은 점진적으로 결정 밖으로 휩쓸려, 그 결과 훨씬 적은 결함이 있는 대량 SiC 결정이 생성됩니다.RAF 방법으로 생성된 SiC 단일 결정의 굴절 밀도는 표준 SiC 결정보다 1~2배 낮다고 보고되었습니다..

7결론

SiC 단일 결정 준비 기술은 더 빠른 성장률, 감소된 굴절 밀도, 그리고 더 높은 생산성을 향해 발전하고 있습니다.고온 CVD 방법 각자의 장점과 과제RAF 방법과 같은 새로운 기술의 적용으로 SiC 결정의 품질은 계속 향상됩니다.공정의 추가 최적화와 장비의 개선, SiC 결정 성장의 기술적 병목이 극복 될 것으로 예상됩니다.

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