Zer da Silicon Carbide Kristalaren hazkundea?

SICra hurbiltzea | Silizio karburoaren kristal hazkundearen printzipioa

Naturan, kristalak nonahi daude, eta haien banaketa eta aplikazioa oso zabalak dira. Eta kristal ezberdinek egitura, propietate eta prestaketa metodo desberdinak dituzte. Baina haien ezaugarri arrunta da kristalen atomoak aldizka antolatuta daudela, eta egitura zehatza duen sarea hiru dimentsiotako espazioan pilatzeko aldizkakoen bidez eratzen da. Hori dela eta, kristal materialen agertzeak normalean ohiko forma geometriko bat aurkezten du.

Silizio karburoa kristal substratu bakarreko materiala (aurrerantzean SIC substratu gisa aipatzen da) material kristalen moduko bat da. Bandgap erdieroaleen material zabalari dagokio, eta tentsio handiko erresistentziaren abantailak ditu, tenperatura altuko erresistentzia, maiztasun altua, maiztasun altua, galera baxua eta abar. Oinarrizko materiala da potentzia handiko gailu elektronikoak eta mikrouhin-gailuak prestatzeko.

Sic-ren kristal egitura

SIC IV-IV konposatuen erdieroale konposatua da, karbonoz eta silizioz osatutako material estimozmetrikoan 1: 1-ko erlazio estimozometrikoan, eta bere gogortasuna bigarren diamantea da.

Karbono eta silikono atomoek 4 balentzia elektroi dituzte, 4 lotura kobalente eratu ditzaketenak. Sic Crystal, Sic Tetraedroaren oinarrizko egiturazko unitatea, silizio eta karbono atomoen arteko lotura tetraedrikotik ateratzen da. Silizioaren eta karbono atomoen koordinazio zenbakia 4 da, hau da, karbono atomo bakoitzak 4 silikoko atomo ditu inguruan eta silizio atomo bakoitzak 4 karbono atomo ditu inguruan.

Kristalezko material gisa, SIC substratuak geruza atomikoen pilaketa aldizkakoen ezaugarria ere badu. Geruza diatomikoak [0001] zuzendaritzan pilatuta daude. Geruzien arteko lotura-energetarekiko desberdintasun txikira pilatuta daude, konexio modu desberdinak geruza atomikoen artean erraz sortzen dira, 200 SIC polipoi baino gehiago ditu. Polytypes arruntak 2h-sic, 3c-sic, 4h-sic, 6h-sic, 15R-sic, etab. Horien artean, "ABCB" ordenan sekuentzia pilatzeko sekuentzia 4h politype deitzen da. SICko poliptipo desberdinak konposizio kimiko bera duten arren, haien propietate fisikoak, batez ere bandgap zabalera, garraiolariaren mugikortasuna eta bestelako ezaugarriak nahiko desberdinak dira. Eta 4h polifikatzaileen propietateak egokiagoak dira aplikazio erdieroaleetarako.

2h-sic

4h-sic

6h-SIC

Tenperatura eta presioa bezalako hazkunde parametroek nabarmen eragiten dute hazkunde prozesuan 4h-sic-en egonkortasunean. Hori dela eta, kalitate handiko eta uniformetasunarekin kristal material bakarra lortzeko, hazkunde-tenperatura, hazkunde-presioa eta hazkunde tasa bezalako parametroak zehatz-mehatz kontrolatu behar dira prestaketa garaian.

SIC prestatzeko metodoa: Lurrunbide fisikoa garraiatzeko metodoa (PVT)

Gaur egun, silizio karburoaren prestaketa metodoak lurruneko garraio metodo fisikoa (PVT) dira, tenperatura altuko lurrun kimikoen gordailuen metodoa (HTCVD) eta Fase likidoaren metodoa (LPE). Eta Pvt industria-produkziorako egokia den metodo nagusi bat da.

(a) SIC Boules eta PVT hazkunde metodoaren zirriborroa 

(b) PVT hazkundearen 2D bistaratzea Morfologiaren eta Crystal Hazkundearen interfazearen eta baldintzen inguruko xehetasun bikainak irudikatzeko

PVT hazkunde garaian, Sic Seed Crystal gurutzearen goiko aldean kokatzen da iturri materiala (SIC hautsa) behealdean kokatzen den bitartean. Tenperatura altua eta presio baxua dituen ingurune itxian, SIC hautsa sublimatu eta gero gorantz garraiatzen da haziaren ondoan dagoen espaziora tenperatura gradientearen eta kontzentrazio desberdintasunaren eraginpean. Eta estatu superatorratua lortu ondoren birrristaliko da. Metodo honen bidez, SIC kristalaren tamaina eta polipula kontrolatu daitezke.

Hala ere, PVT metodoak hazkunde-baldintza egokiak mantentzea eskatzen du hazkunde prozesu osoan zehar, bestela sareko nahasteak ekarriko ditu eta nahigabeko akatsak eratuko ditu. Gainera, SIC Crystal hazkundea monitorizazio metodo mugatuak eta aldagai asko dituen espazio itxian burutzen da eta, beraz, prozesuaren kontrola zaila da.

Kristal bakarra hazteko mekanismo nagusia: Urratsaren fluxua haztea

PVT metodoaren bidez SIC kristala hazteko prozesuan, urrats fluxuen hazkundea kristal bakarrak osatzeko mekanismo nagusi gisa hartzen da. Lurruntzen den SI eta C atomoek lehentasunez lotuko dituzte kristal gainazalean dauden atomoekin pauso eta kinkak, non nukleatuko eta hazten diren, urrats bakoitza paraleloan aurrera egin dezan. Hazkundearen gainazalaren arteko zabalera adsorbatutako atomoen zabalkundea baino handiagoa denean, adsorbatutako atomo ugariek aglomeratu egin dezakete eta bi dimentsiotako uhartea osatzen dute, urratseko fluxuen hazkunde modua suntsituko duena, beste poliptokien eraketa 4H ordez. Hori dela eta, prozesuen parametroak egituratzea hazkundearen gainazalaren egitura kontrolatzea du helburu, nahi gabeko poliptokien eraketa ekiditeko eta 4h kristal egitura bakarra lortzeko helburua lortzea eta azkenik kalitate handiko kristalak prestatzea.

Urratsaren fluxuen hazkundea SIC kristal bakarrarentzat

Kristalaren hazkundea kalitate handiko SIC substratua prestatzeko lehen urratsa da. Erabiltzen hasi aurretik, 4h-sic sareko prozesu batzuetara joan behar da, esaterako, xerra, estalkiak, leuntzea, garbitzea, garbitzea eta ikuskatzea. Material gogor baina hauskorra denez, SIC kristal bakar batek ere baldintza tekniko altuak ditu uko egiteko urratsetarako. Prozesu bakoitzean sortutako kalteak nolabaiteko herentzia izan dezake, hurrengo prozesura transferitzen du eta azkenik produktuen kalitatean eragina du. Hori dela eta, SIC substraterako gehiegizko teknologia eraginkorrak industriaren arreta erakartzen du.