Што е раст на кристалот на силиконски карбид?

Приближувајќи се на sic | Принципот на раст на кристалот на силикон карбид

Во природата, кристалите се насекаде, а нивната дистрибуција и примена се многу обемни. И различни кристали имаат различни структури, својства и методи за подготовка. Но, нивната вообичаена карактеристика е дека атомите во кристалот редовно се распоредени, а решетките со специфична структура потоа се формираат преку периодично редење во тродимензионален простор. Затоа, појавата на кристални материјали обично претставува редовна геометриска форма.

Силиконски карбид единечен кристален подлога материјал (во понатамошниот текст како што е наведен како SIC подлога) е исто така еден вид кристални материјали. Припаѓа на широк опсег на полупроводнички материјал и има предности на отпорност на висок напон, отпорност на висока температура, висока фреквенција, ниска загуба, итн. Тој е основен материјал за подготовка на електронски уреди со голема моќност и микробранови RF уреди.

Кристалната структура на sic

SIC е IV-IV соединение полупроводнички материјал составен од јаглерод и силикон во стехиометриски сооднос од 1: 1, а неговата цврстина е втор по дијамант.

И атомите на јаглерод и силикон имаат 4 валентни електрони, кои можат да формираат 4 ковалентни врски. Основната структурна единица на Sic Crystal, Sic Tetrahedron, произлегува од тетраеталното врзување помеѓу силиконските и јаглеродните атоми. Координативниот број и на атомите на силикон и јаглерод е 4, т.е. секој јаглероден атом има 4 силиконски атоми околу неа и секој силиконски атом исто така има 4 атоми на јаглерод околу неа.

Како кристален материјал, SIC Substrate исто така има карактеристика на периодично редење на атомски слоеви. Диатомските слоеви на Si-C се наредени по должината на [0001] насока. Да се ​​направи до малата разлика во енергијата на врската помеѓу слоевите, различните режими на поврзување лесно се создаваат помеѓу атомските слоеви, што доведува до над 200 SIC политипови. Вообичаени политипи вклучуваат 2H-SIC, 3C-SIC, 4H-SIC, 6H-SIC, 15R-SIC, итн. Меѓу нив, секвенцата за редење по редослед на „ABCB“ се нарекува 4H политип. Иако различни политипи на SIC имаат ист хемиски состав, нивните физички својства, особено ширината на опсегот, подвижноста на носачот и другите карактеристики се сосема различни. А својствата на 4H политип се посоодветни за апликации за полупроводници.

2H-SIC

4H-SIC

6H-SIC

Параметрите за раст, како што се температурата и притисокот, значително влијаат на стабилноста на 4H-SIC за време на процесот на раст. Затоа, за да се добие единечен кристален материјал со висок квалитет и униформност, параметрите како што се температурата на раст, притисокот на раст и стапката на раст мора да бидат прецизно контролирани за време на подготовката.

Метод на подготовка на SIC: Метод на физички пареа за транспорт (ПВТ)

Во моментов, методите за подготовка на силиконски карбид се метод на транспорт на физички пареа (PVT) ， метод на таложење на хемиска пареа со висока температура (HTCVD) и метод на течна фаза (LPE). А ПВТ е мејнстрим метод кој е погоден за производство на индустриска маса.

(а) Скица на методот на раст на ПВТ за sic boules и 

(б) 2Д визуелизација на растот на ПВТ за да се сликаат одличните детали за морфологијата и интерфејсот за раст на кристалот и условите

За време на растот на ПВТ, кристалот SIC семе се става на врвот на садот додека изворниот материјал (SIC во прав) е поставен на дното. Во затворено опкружување со висока температура и низок притисок, SIC во прав се сублимира, а потоа се транспортира нагоре кон просторот во близина на семето под ефект на температурен градиент и разлика во концентрацијата. И ќе се рекристализира откако ќе стигне до презаситената состојба. Преку овој метод може да се контролира големината и политипот на Sic кристалот.

Како и да е, методот ПВТ бара одржување на соодветни услови за раст во текот на целиот процес на раст, во спротивно тоа ќе доведе до нарушување на решетките и формирање несакани дефекти. Покрај тоа, растот на кристалот SIC е завршен во затворен простор со ограничени методи за набудување и многу варијабли, така што контролата на процесот е тешка.

Главниот механизам за одгледување единечен кристал: раст на протокот на чекор

Во процесот на растечки SIC кристал со метод на PVT, растот на протокот на чекор се смета за главен механизам за формирање на единечни кристали. Парените атоми на Si и C преференцијално ќе се поврзат со атомите на кристалната површина на чекори и треска, каде што ќе ја нуркаат и растат, така што секој чекор ќе тече напред паралелно. Кога ширината помеѓу секој чекор на површината за раст е далеку поголема од дифузијата без патека на асортизираните атоми, голем број на adsorbed атоми може да се агломераат и да го формираат дводимензионалниот остров, кој ќе го уништи режимот на раст на протокот на чекор, што резултира во формирање на други политипови наместо 4H. Затоа, прилагодувањето на параметрите на процесот има за цел да ја контролира структурата на чекор на површината на раст, со цел да се спречи формирање на несакани политипи и да се постигне цел да се добие 4H единечна кристална структура и конечно да се подготват кристали со висок квалитет.

Раст на протокот на чекор за SIC единечен кристал

Растот на кристалот е само првиот чекор за подготовка на висококвалитетен SIC подлога. Пред да се користи, 4H-SIC Ingot треба да помине низ серија процеси, како што се исекување, лапирање, наклон, полирање, чистење и инспекција. Како тврд, но кршлив материјал, SIC единечен кристал исто така има високи технички барања за чекорите за нафта. Секоја штета генерирана во секој процес може да има одредена наследност, трансфери на следниот процес и конечно да влијае на квалитетот на производот. Затоа, ефикасната технологија за нафта за подлогата SIC исто така го привлекува вниманието на индустријата.