Tinjauan Teknologi Pertumbuhan Kristal Tunggal SiC

Tinjauan Teknologi Pertumbuhan Kristal Tunggal SiC

1. Pengantar

Kristal tunggal silikon karbida (SiC) telah menarik perhatian luas dalam beberapa tahun terakhir karena kinerja unggul mereka pada suhu tinggi, tahan haus,dan aplikasi perangkat elektronik bertenaga tinggiDi antara berbagai metode persiapan, metode sublimasi (Physical Vapor Transport, PVT) saat ini merupakan metode utama untuk menumbuhkan kristal tunggal SiC, meskipun teknik pertumbuhan potensial lainnya,seperti pertumbuhan fase cair dan deposisi uap kimia suhu tinggi (CVD)Artikel ini akan memberikan gambaran tentang metode pertumbuhan kristal tunggal SiC, keuntungan dan tantangan mereka, dan membahas metode RAF sebagai teknik canggih untuk pengurangan cacat.

2Prinsip dan Aplikasi Metode Sublimasi

Karena tidak ada SiC fase cair stokhiometrik dengan rasio Si-ke-C 1:1 yang ada di bawah tekanan normal,Metode pertumbuhan peleburan yang biasa digunakan untuk pertumbuhan kristal tunggal silikon tidak dapat secara langsung diterapkan pada produksi kristal SiC massalDengan demikian, metode sublimasi telah menjadi pilihan utama. Metode ini menggunakan bubuk SiC sebagai bahan baku, ditempatkan di kerikil grafit, dan substrat SiC sebagai kristal benih.Sebuah gradien suhu, sedikit lebih tinggi di sisi bubuk, mendorong transportasi bahan.

Gambar 1 menunjukkan skema pertumbuhan kristal tunggal SiC menggunakan metode Lely yang dimodifikasi.pada suhu di atas 2000°C di dalam kerikil grafitMolekul ini kemudian diangkut ke permukaan kristal benih dalam atmosfer inert (biasanya argon tekanan rendah).Atom menyebar di seluruh permukaan kristal benih dan menggabungkan ke situs pertumbuhan, secara bertahap mengembangkan kristal tunggal SiC. Nitrogen dapat diperkenalkan selama doping tipe n.

3Keuntungan dan Tantangan Metode Sublimasi

Metode sublimasi saat ini banyak digunakan untuk mempersiapkan kristal tunggal SiC. Namun, dibandingkan dengan metode pertumbuhan lebur untuk kristal tunggal silikon,tingkat pertumbuhan kristal SiC relatif lambatMeskipun kualitasnya semakin meningkat, kristal masih mengandung sejumlah besar dislokasi dan cacat lainnya.Melalui optimalisasi terus-menerus dari gradien suhu dan transportasi bahan, beberapa cacat telah dikendalikan secara efektif.

4Metode pertumbuhan fase cair

Metode pertumbuhan fase cair melibatkan pertumbuhan SiC melalui larutan. Namun karena kelarutan karbon dalam pelarut silikon sangat rendah,elemen seperti titanium dan kromium biasanya ditambahkan ke pelarut untuk meningkatkan kelarutan karbon. Karbon disediakan oleh kerikil grafit, dan suhu di permukaan kristal benih relatif lebih rendah.lebih rendah dari metode sublimasiTingkat pertumbuhan pertumbuhan fase cair dapat mencapai beberapa ratus mikrometer per jam.

Salah satu keuntungan utama dari metode pertumbuhan fase cair adalah kemampuannya untuk secara signifikan mengurangi kepadatan dislokasi sekrup yang membentang di sepanjang arah [0001].Dislokasi ini sangat padat hadir dalam kristal SiC yang ada dan merupakan sumber utama dari kebocoran arus dalam perangkatDengan menggunakan metode pertumbuhan fase cair, dislokasi sekrup ini ditekuk ke arah vertikal dan disapu keluar dari kristal melalui dinding samping,secara signifikan menurunkan kepadatan dislokasi dalam kristal SiC.

Tantangan pertumbuhan fase cair termasuk meningkatkan tingkat pertumbuhan, memperpanjang panjang kristal, dan meningkatkan morfologi permukaan kristal.

5Metode CVD dengan Suhu Tinggi

Metode CVD suhu tinggi adalah teknik lain yang digunakan untuk produksi kristal tunggal SiC.dengan SiH4 dan C3H8 sebagai gas sumber silikon dan karbonDengan mempertahankan substrat SiC pada suhu di atas 2000°C,gas sumber terurai menjadi molekul seperti SiC2 dan Si2C di zona dekomposisi dinding panas dan diangkut ke permukaan kristal benih, di mana mereka membentuk lapisan kristal tunggal.

Keuntungan utama dari metode CVD suhu tinggi termasuk penggunaan gas mentah kemurnian tinggi dan kontrol yang tepat dari rasio C/Si dalam fase gas dengan mengatur laju aliran gas.Kontrol ini sangat penting untuk mengelola kepadatan cacat dalam kristalSelain itu, tingkat pertumbuhan dalam SiC dalam jumlah besar dapat melebihi 1 mm per jam. Namun, satu kelemahan adalah akumulasi produk sampingan reaksi yang signifikan di tungku pertumbuhan dan pipa knalpot,yang meningkatkan kesulitan pemeliharaanSelain itu, reaksi fase gas menghasilkan partikel yang dapat dimasukkan ke dalam kristal sebagai kotoran.

Metode CVD suhu tinggi memiliki potensi yang signifikan untuk memproduksi kristal SiC massal berkualitas tinggi.dan kepadatan dislokasi yang berkurang dibandingkan dengan metode sublimasi.

6Metode RAF: Teknik Lanjutan untuk Mengurangi Cacat

Metode RAF (Repeated A-Face) mengurangi cacat pada kristal SiC dengan berulang kali memotong kristal benih.kristal benih dipotong tegak lurus ke arah [0001] diambil dari kristal yang tumbuh di sepanjang arah [0001]Kemudian, kristal benih lain dipotong tegak lurus ke arah pertumbuhan baru ini, dan kristal tunggal SiC lebih lanjut tumbuh.dislokasi secara bertahap disapu keluar dari kristal, menghasilkan kristal SiC massal dengan cacat yang jauh lebih sedikit.Telah dilaporkan bahwa kepadatan dislokasi kristal tunggal SiC yang dihasilkan oleh metode RAF adalah 1 sampai 2 urutan besar lebih rendah daripada kristal SiC standar.

7Kesimpulan

Teknologi persiapan kristal tunggal SiC berkembang menuju tingkat pertumbuhan yang lebih cepat, mengurangi kepadatan dislokasi, dan produktivitas yang lebih tinggi.dan metode CVD suhu tinggi masing-masing memiliki keuntungan dan tantangan merekaDengan penerapan teknologi baru seperti metode RAF, kualitas kristal SiC terus meningkat.dengan optimasi lebih lanjut dari proses dan perbaikan dalam peralatan, kemacetan teknis dalam pertumbuhan kristal SiC diperkirakan akan diatasi.

Solusi ZMSH untuk meningkatkan produksi dan kualitas wafer SiC

8Inch 200mm 4H-N SiC Wafer Konduktif Dummy Grade N-Type Penelitian

Wafer silikon karbida terutama digunakan dalam produksi dioda SCHOttky, transistor efek medan semikonduktor oksida logam, transistor efek medan persimpangan, transistor persimpangan bipolar, thyristor,thyristor mati dan bipola gerbang terisolasi

Untuk aplikasi mikroelektronika atau MEMS, silakan hubungi kami untuk spesifikasi rinci.