Mikä on piikarbidikristallin kasvu?

Lähestyy sic | Piharbidikristallin kasvun periaate

Luonnossa kiteitä on kaikkialla, ja niiden jakautuminen ja levitys ovat erittäin laajoja. Ja eri kiteillä on erilaiset rakenteet, ominaisuudet ja valmistusmenetelmät. Mutta niiden yhteinen piirre on, että kideen atomit on järjestetty säännöllisesti ja spesifisellä rakenteella varustettu hila muodostuu sitten jaksollisen pinoamisen kautta kolmiulotteisessa tilassa. Siksi kidemateriaalien ulkonäkö on yleensä säännöllinen geometrinen muoto.

Piharbidi yksikristallisubstraattimateriaali (jäljempänä nimellä sic -substraatti) on myös eräänlainen kiteinen materiaali. Se kuuluu laaja kaistalevyn puolijohdemateriaaliin, ja sillä on korkeajänniteresistenssin, korkean lämpötilankestävyyden, korkean taajuuden, alhaisen häviön jne. Edut. Se on perusmateriaali suuritehoisten elektronisten laitteiden ja mikroaaltouunin RF-laitteiden valmistukseen.

Sicin kiderakenne

SiC on IV-IV-yhdisteiden puolijohdemateriaali, joka koostuu hiilestä ja piistä stökiömetrisessä suhteessa 1: 1, ja sen kovuus on vain timantti.

Sekä hiili- että piitatomeilla on 4 valenssielektronia, jotka voivat muodostaa 4 kovalenttisia sidoksia. SIC -kide, sic -tetraedron perusyksikkö, syntyy piin ja hiiliatomien välisestä tetraedrisesta sidoksesta. Sekä piihäiriöiden että hiiliatomien koordinointimäärä on 4, ts. Jokaisessa hiiliatomisessa on 4 piidiatomia sen ympärillä ja jokaisessa piidiomisessa on myös 4 hiiliatomia sen ympärillä.

Kidemateriaalina sic -substraatilla on myös atomikerrosten jaksollista pinoamista. Si-C-diatomiskerrokset pinotaan suuntaan [0001] suuntaa pitkin. Pieneen sidosenergian eroon kerrosten välillä muodostuu helposti atomikerrosten välillä, mikä johtaa yli 200 sic-polytyyppiin. Yleisiä polytyyppejä ovat 2H-SIC, 3C-SIC, 4H-SIC, 6H-SIC, 15R-SIC jne. Niiden joukossa pinoamisekvenssiä "ABCB" -järjestyksessä kutsutaan 4H-polytyypiksi. Vaikka erilaisilla sic -polytyypeillä on sama kemiallinen koostumus, niiden fysikaalisilla ominaisuuksilla, erityisesti kaistanleveys, kantaja -objektiivi ja muut ominaisuudet ovat melko erilaisia. Ja 4H -polytyypin ominaisuudet sopivat paremmin puolijohdesovelluksiin.

2H-SiC

4H-SiC

6h-SiC

Kasvuparametrit, kuten lämpötila ja paine, vaikuttavat merkittävästi 4H-SIC: n stabiilisuuteen kasvuprosessin aikana. Siksi yhden kidemateriaalin saamiseksi korkean laadun ja yhdenmukaisuuden kanssa, parametrit, kuten kasvulämpötila, kasvupaine ja kasvunopeus, on valvottava tarkasti valmisteen aikana.

SIC: n valmistusmenetelmä: fysikaalinen höyryn kuljetusmenetelmä (PVT)

Tällä hetkellä piikarbidin valmistusmenetelmät ovat fysikaalisen höyryn kuljetusmenetelmä (PVT) ， korkea lämpötila kemiallinen höyryn laskeutumismenetelmä (HTCVD) ja nestefaasimenetelmä (LPE). Ja PVT on valtavirran menetelmä, joka sopii teollisuuden massatuotantoon.

(a) Luonnos PVT -kasvumenetelmästä sic bouleille ja 

(B) PVT -kasvun 2D -visualisointi kuvaamaan suuria yksityiskohtia morfologiasta ja kidekasvurajapinnasta ja olosuhteista

PVT -kasvun aikana sic -siemenkite asetetaan upokkaan päälle, kun taas lähdemateriaali (sic -jauhe) asetetaan pohjaan. SIC -jauhe sublimoi suljetussa ympäristössä, jolla on korkea lämpötila ja matalapaine, ja kuljetetaan sitten ylöspäin siemenen lähellä olevaan tilaan lämpötilagradientin ja pitoisuuseron vaikutuksen yhteydessä. Ja se kiteytyy uudelleen saavutettuaan ylikyllästetyn valtion. Tämän menetelmän avulla voidaan hallita SIC -kideen kokoa ja polytyyppiä.

PVT -menetelmä vaatii kuitenkin asianmukaisten kasvuolosuhteiden ylläpitämistä koko kasvuprosessin ajan, muuten se johtaa hilapyyntöön ja muodostaa ei -toivottuja virheitä. Lisäksi sic -kidekasvu on saatu päätökseen suljetussa tilassa rajoitetuilla seurantamenetelmillä ja monilla muuttujilla, joten prosessin hallinta on vaikeaa.

Tärkein mekanismi yhden kideen kasvattamiseksi: askelvirtauskasvu

SIC -kideen kasvattamisprosessissa PVT -menetelmällä vaiheen virtauksen kasvua pidetään päämekanismina yksittäisten kiteiden muodostamiseksi. Höyrystetyt Si- ja C -atomit sitoutuvat ensisijaisesti kidepinnalla olevien atomien kanssa portaissa ja kinkeissä, missä ne nuklevat ja kasvavat siten, että jokainen vaihe virtaa eteenpäin rinnakkain. Kun kasvupinnan kunkin vaiheen välinen leveys on paljon suurempi kuin adsorboituneiden atomien diffuusiovapaa polku, suuri määrä adsorboituneita atomeja voi agglomompromoida ja muodostaa kaksiulotteisen saaren, joka tuhoaa askelvirtauskasvumoodin, mikä johtaa muiden polytyyppien muodostumiseen 4H: n sijasta. Siksi prosessiparametrien säätämisen tavoitteena on hallita kasvupinnan askelirakennetta, jotta estävät ei-toivottujen polytyyppien muodostumisen ja saavuttaa tavoite saada 4H: n yksikristallirakenne ja lopulta korkealaatuisten kiteiden valmistelu.

Askelvirtakasvu sic -yhdestä kideelle

Kristallin kasvu on vain ensimmäinen askel korkealaatuisen SIC -substraatin valmistamiseksi. Ennen kuin sitä käytetään, 4H-SIC -hapolla on suoritettava joukko prosesseja, kuten viipalointia, listattamista, viistettä, kiillottamista, puhdistamista ja tarkastamista. Kova, mutta hauraan materiaalina sic -yksittäinen kristalli on myös korkeat tekniset vaatimukset heilutusvaiheisiin. Jokaisessa prosessissa syntyneillä vaurioilla voi olla tietty perinnöllisyys, siirtää seuraavaan prosessiin ja vaikuttaa lopulta tuotteen laatuun. Siksi SIC -substraatin tehokas heilutustekniikka herättää myös alan huomion.