Overzicht van SiC-groeitechnologie voor enkelkristallen

Overzicht van SiC-groeitechnologie voor enkelkristallen

1Inleiding

In de afgelopen jaren hebben enkelkristallen van siliciumcarbide (SiC) veel aandacht gekregen vanwege hun superieure prestaties bij hoge temperaturen, slijtvastheid,en toepassingen voor elektronische apparaten met een hoog vermogenOnder de verschillende voorbereidingsmethoden is de sublimatiemethode (Physical Vapor Transport, PVT) momenteel de primaire methode voor het kweken van SiC-single kristallen, hoewel andere potentiële groeitechniekenzoals vloeibare fasegroei en hoge temperatuur chemische dampafzetting (CVD)In dit artikel wordt een overzicht gegeven van SiC enkelkristalgroeimethoden, hun voordelen en uitdagingen, en wordt de RAF-methode besproken als een geavanceerde techniek voor defectreductie.

2. Beginselen en toepassingen van de sublimatiemethode

Aangezien er onder normale druk geen stochiometrische vloeibare fase SiC met een Si-C-verhouding van 1:1 bestaat,De methode voor het groeien van een enkelkristal van silicium met smelt kan niet rechtstreeks worden toegepast op de massaproductie van SiC-kristallen.Deze methode gebruikt SiC-poeder als grondstof, geplaatst in een grafietkruik en een SiC-substraat als zaadkristal.TemperatuurgradiëntDe totale temperatuur wordt doorgaans tussen 2000°C en 2500°C gehandhaafd.

Figuur 1 toont een schema van de groei van SiC-eenkristallen met behulp van de gemodificeerde Lely-methode.bij temperaturen hoger dan 2000°C in een grafietketelDeze moleculen worden vervolgens in een inerte atmosfeer (meestal argon onder lage druk) naar het oppervlak van het zaadkristal getransporteerd.De atomen verspreiden zich over het oppervlak van het zaadkristal en worden opgenomen in de groeiplaatsen.Bij n-type doping kan stikstof worden ingevoerd.

3Voordelen en uitdagingen van de sublimatiemethode

De sublimatiemethode wordt momenteel veel gebruikt voor de bereiding van SiC-eenkristallen.de groeisnelheid van SiC-kristallen is relatief traagHoewel de kwaliteit geleidelijk verbetert, bevatten de kristallen nog steeds een groot aantal verplaatsingen en andere gebreken.Door voortdurende optimalisatie van de temperatuurgradiënt en materiaaltransport, zijn sommige gebreken effectief onder controle gebracht.

4Metode van groei in vloeibare fase

De groeimethode in vloeibare fase houdt in dat SiC door een oplossing wordt verbouwd.elementen zoals titanium en chroom worden doorgaans aan het oplosmiddel toegevoegd om de oplosbaarheid van koolstof te verhogenDe koolstof wordt door een grafietketel geleverd en de temperatuur op het oppervlak van het zaadkristal is relatief lager.met een vermogen van meer dan 10 W,De groeisnelheid van de vloeibare fase kan enkele honderden micrometers per uur bereiken.

Een groot voordeel van de groeimethode in vloeibare fase is dat deze de dichtheid van schroefdislocaties in de richting [0001] aanzienlijk kan verminderen.Deze dislocaties zijn dicht aanwezig in bestaande SiC-kristallen en zijn een belangrijke bron van lekstroom in apparatenMet behulp van de vloeibare fase groeimethode worden deze schroefverwijkingen in verticale richting gebogen en door de zijwanden uit het kristal geveegd.de dislocatie-dichtheid in SiC-kristallen aanzienlijk verlagen.

De uitdagingen van groei in vloeibare fase zijn onder meer het verhogen van de groeisnelheid, het verlengen van de lengte van de kristallen en het verbeteren van de oppervlaktemorfologie van de kristallen.

5. Hoge-temperatuur CVD-methode

De CVD-methode bij hoge temperatuur is een andere techniek die wordt gebruikt voor de productie van SiC-enkelkristallen.met SiH4 en C3H8 als brongassen van silicium en koolstofDoor het SiC-substraat bij temperaturen boven 2000°C te houden,de brongassen ontbinden in moleculen zoals SiC2 en Si2C in de warmwand ontbindingszone en worden naar het oppervlak van het zaadkristal getransporteerd, waar ze een enkelkristallijnschaal vormen.

De belangrijkste voordelen van de CVD-methode bij hoge temperatuur zijn het gebruik van ruwgassen van hoge zuiverheid en de precieze controle van de C/Si-verhouding in de gasfase door de gasstroom te regelen.Deze controle is cruciaal voor het beheer van de defect dichtheid in het kristalDe reactieproducten van de reactie worden in de groeikoepel en de uitlaatpijpen aanzienlijk opgehoopt.die het onderhoud moeilijk maaktBovendien produceren gasreacties deeltjes die als onzuiverheden in het kristal kunnen worden opgenomen.

De CVD-methode bij hoge temperatuur biedt aanzienlijk potentieel voor de productie van hoogwaardige SiC-kristallen in bulk.en verminderde dislocatie dichtheid in vergelijking met de sublimatiemethode.

6RAF-methode: een geavanceerde techniek voor het verminderen van gebreken

De RAF-methode (Repeated A-Face) vermindert de gebreken in SiC-kristallen door de zaadkristallen herhaaldelijk te snijden.een zaadkristal dat loodrecht gesneden is op de richting [0001], wordt genomen van een kristal dat langs de richting [0001] is gekweektAls je een nieuwe zaadkristal in de nieuwe groeirichting snijdt, worden er nog meer SiC-kristallen geteeld.De dislocaties worden geleidelijk weggevaagd uit het kristal., wat resulteert in grote SiC-kristallen met aanzienlijk minder defecten.Het is gemeld dat de dislocatie-dichtheid van SiC-enkelkristallen die door de RAF-methode worden geproduceerd, 1 tot 2 graden lager is dan die van standaard SiC-kristallen..

7Conclusies

De technologie voor het bereiden van SiC-eenkristallen ontwikkelt zich naar snellere groeipercentages, verminderde dislocatie-dichtheid en hogere productiviteit.en hoge temperatuur CVD methode elk hebben hun voordelen en uitdagingenMet de toepassing van nieuwe technologieën zoals de RAF-methode blijft de kwaliteit van SiC-kristallen verbeteren.met verdere optimalisatie van processen en verbeteringen van apparatuur, worden de technische knelpunten bij de groei van SiC-kristallen naar verwachting overwonnen.

ZMSH-oplossing voor het verbeteren van de productie en kwaliteit van SiC-wafers

8 inch 200mm 4H-N SiC Wafer geleidende dummy Grade N-type onderzoek

Siliconcarbide-wafers worden hoofdzakelijk gebruikt voor de productie van SCHOttky-dioden, metalen oxide halfgeleiderveld-effect transistors, verbindingsveld-effect transistors, bipolaire verbindingstransistors, thyristors,thyristor met afsluiting en geïsoleerde poortbipola

Voor micro-elektronica of MEMS, neem contact met ons op voor gedetailleerde specificaties.