Асноўнымі метадамі вырошчвання монакрышталяў карбіду крэмнію з'яўляюцца фізічны транспарт з паравой фазы (PVT), вырошчванне з верхнім затраўленнем раствора (TSSG) і высокатэмпературнае хімічнае асаджэнне з паравой фазы (HT-CVD).

Сярод іх метад PVT стаў асноўным метадам прамысловай вытворчасці дзякуючы адносна простай наладзе абсталявання, лёгкасці эксплуатацыі і кіравання, а таксама больш нізкім выдаткам на абсталяванне і эксплуатацыю.

---

Асноўныя тэхнічныя моманты вырошчвання крышталяў SiC з выкарыстаннем метаду PVT

Каб вырошчваць крышталі карбіду крэмнію метадам PVT, неабходна старанна кантраляваць некалькі тэхнічных аспектаў:

1. Чысціня графітавых матэрыялаў у цеплавым полі
   Графітавыя матэрыялы, якія выкарыстоўваюцца ў цеплавым полі для росту крышталяў, павінны адпавядаць строгім патрабаванням да чысціні. Змест прымешак у графітавых кампанентах павінен быць меншым за 5×10⁻⁶, а для ізаляцыйных лямцаў — меншым за 10×10⁻⁶. У прыватнасці, змест бору (B) і алюмінію (Al) павінен быць меншым за 0,1×10⁻⁶.

2. Правільная палярнасць затравачнага крышталя
   Эмпірычныя дадзеныя паказваюць, што C-грань (0001) падыходзіць для вырошчвання крышталяў 4H-SiC, у той час як Si-грань (0001) падыходзіць для вырошчвання 6H-SiC.

3. Выкарыстанне пазавосевых пачатковых крышталяў
   Пазавосевыя зародкі могуць змяніць сіметрыю росту, паменшыць дэфекты крышталяў і спрыяць паляпшэнню якасці крышталяў.

4. Надзейная тэхніка звязвання крышталяў-зародкаў
   Правільнае злучэнне паміж затраўным крышталем і трымальнікам мае важнае значэнне для стабільнасці падчас росту.

5. Падтрыманне стабільнасці інтэрфейсу росту
   На працягу ўсяго цыклу росту крышталяў паверхня мяжы росту павінна заставацца стабільнай, каб забяспечыць якаснае развіццё крышталяў.

 

---

Асноўныя тэхналогіі ў вырошчванні крышталяў SiC

1. Тэхналогія легіравання парашка SiC

Легаванне парашка SiC цэрыем (Ce) можа стабілізаваць рост аднаго політыпу, напрыклад, 4H-SiC. Практыка паказала, што легаванне цэрыем можа:

• Павелічэнне хуткасці росту крышталяў SiC;

• Паляпшэнне арыентацыі крышталяў для больш раўнамернага і накіраванага росту;

• Зніжэнне прымешак і дэфектаў;

• Падаўленне карозіі адваротнага боку крышталя;

• Павысіць выхад монакрышталяў.

2. Кантроль восевых і радыяльных тэмпературных градыентаў

Восевыя градыенты тэмпературы ўплываюць на політып крышталя і хуткасць росту. Занадта малы градыент можа прывесці да ўключэнняў політыпа і зніжэння транспарту матэрыялу ў паравой фазе. Аптымізацыя як восевых, так і радыяльных градыентаў мае вырашальнае значэнне для хуткага і стабільнага росту крышталяў з пастаяннай якасцю.

3. Тэхналогія кантролю дыслакацыі базальнай плоскасці (БПД)

ДПД утвараюцца ў асноўным з-за напружання зруху, якое перавышае крытычны парог у крышталях SiC, актывуючы сістэмы слізгання. Паколькі ДПД перпендыкулярныя кірунку росту, яны звычайна ўзнікаюць падчас росту і астуджэння крышталя. Мінімізацыя ўнутраных напружанняў можа значна знізіць шчыльнасць ДПД.

4. Кантроль суадносін складу паравой фазы

Павелічэнне суадносін вугляроду і крэмнію ў паравой фазе — гэта правераны метад стымулявання росту аднаго політыпу. Высокае суадносіны C/Si памяншае макрастучэнне і захоўвае павярхоўную спадчыну ад затравочнага крышталя, тым самым падаўляючы ўтварэнне непажаданых політыпаў.

5. Метады росту з нізкім узроўнем стрэсу

Напружанне падчас росту крышталяў можа прывесці да крывалінейных плоскасцей рашоткі, расколін і больш высокай шчыльнасці BPD. Гэтыя дэфекты могуць пераносіцца ў эпітаксіяльныя пласты і негатыўна ўплываць на прадукцыйнасць прылады.

Некалькі стратэгій па зніжэнні ўнутранага напружання крышталя ўключаюць:

• Карэкцыя размеркавання цеплавога поля і параметраў працэсу для садзейнічання росту, блізкаму да раўнавагі;

• Аптымізацыя канструкцыі тыгля, каб крышталь мог свабодна расці без механічных абмежаванняў;

• Паляпшэнне канфігурацыі трымальніка затраўкі для памяншэння разыходжання цеплавога пашырэння паміж затраўкай і графітам падчас награвання, часта шляхам пакідання зазору ў 2 мм паміж затраўкай і трымальнікам;

• Працэсы рафінавання адпалу, якія дазваляюць крышталю астываць у печы, а таксама рэгулююць тэмпературу і працягласць для поўнага зняцця ўнутранага напружання.

---

Тэндэнцыі ў тэхналогіі вырошчвання крышталяў SiC

1. Большыя памеры крышталяў
Дыяметры монакрышталяў SiC павялічыліся з некалькіх міліметраў да пласцін памерам 6, 8 і нават 12 цаляў. Большыя пласціны павышаюць эфектыўнасць вытворчасці і зніжаюць выдаткі, адначасова задавальняючы патрабаванні магутных прылад.

2. Вышэйшая якасць крышталяў
Высокаякасныя крышталі SiC неабходныя для высокапрадукцыйных прылад. Нягледзячы на значныя паляпшэнні, сучасныя крышталі ўсё яшчэ маюць такія дэфекты, як мікратрубкі, дыслакацыі і прымешкі, якія могуць пагоршыць прадукцыйнасць і надзейнасць прылады.

3. Зніжэнне выдаткаў
Вытворчасць крышталяў SiC усё яшчэ адносна дарагая, што абмяжоўвае іх больш шырокае ўкараненне. Зніжэнне выдаткаў за кошт аптымізаваных працэсаў вырошчвання, павышэння эфектыўнасці вытворчасці і зніжэння кошту сыравіны мае вырашальнае значэнне для пашырэння рынкавага прымянення.

4. Інтэлектуальная вытворчасць
Дзякуючы развіццю штучнага інтэлекту і тэхналогій вялікіх дадзеных, вырошчванне крышталяў SiC рухаецца ў бок інтэлектуальных, аўтаматызаваных працэсаў. Датчыкі і сістэмы кіравання могуць кантраляваць і карэктаваць умовы росту ў рэжыме рэальнага часу, паляпшаючы стабільнасць і прадказальнасць працэсу. Аналіз дадзеных можа далей аптымізаваць параметры працэсу і якасць крышталяў.

Распрацоўка тэхналогіі вырошчвання высакаякасных монакрышталяў SiC з'яўляецца адным з галоўных напрамкаў даследаванняў паўправадніковых матэрыялаў. Па меры развіцця тэхналогій метады вырошчвання крышталяў будуць працягваць развівацца і ўдасканальвацца, забяспечваючы трывалую аснову для прымянення SiC у высокатэмпературных, высокачастотных і магутных электронных прыладах.