Resumen de la tecnología de crecimiento de cristal único de SiC

Resumen de la tecnología de crecimiento de cristal único de SiC

1. Introducción

Los cristales simples de carburo de silicio (SiC) han llamado la atención en los últimos años debido a su rendimiento superior a altas temperaturas, resistencia al desgaste,y aplicaciones de dispositivos electrónicos de alta potenciaEntre los diversos métodos de preparación, el método de sublimación (Transporte de vapor físico, PVT) es actualmente el método principal para el cultivo de cristales simples de SiC, aunque otras técnicas de crecimiento potenciales, como la sublimación, pueden ser utilizadas para el cultivo de cristales simples de SiC.como el crecimiento en fase líquida y la deposición de vapor químico a alta temperatura (CVD)Este artículo proporcionará una visión general de los métodos de crecimiento de cristal único de SiC, sus ventajas y desafíos, y discutirá el método RAF como una técnica avanzada para la reducción de defectos.

2Principios y aplicaciones del método de sublimación

Dado que no existe una fase líquida estequiométrica de SiC con una proporción de Si a C de 1:1 bajo presión normal,El método de crecimiento de fusión comúnmente utilizado para el crecimiento de cristal único de silicio no puede aplicarse directamente a la producción a granel de cristal de SiC.Por lo tanto, el método de sublimación se ha convertido en la opción principal. Este método utiliza polvo de SiC como materia prima, colocado en un crisol de grafito y un sustrato de SiC como el cristal de semilla.Un gradiente de temperaturaLa temperatura general se mantiene típicamente entre 2000°C y 2500°C.

La figura 1 muestra un esquema del crecimiento de cristal único de SiC utilizando el método Lely modificado.a temperaturas superiores a 2000°C en el interior de un crisol de grafitoEstas moléculas se transportan a continuación a la superficie del cristal de semilla en una atmósfera inerte (típicamente argón a baja presión).Los átomos se difunden a través de la superficie del cristal de semilla e incorporan en los sitios de crecimientoEl nitrógeno puede introducirse durante el dopaje de tipo n.

3Ventajas y desafíos del método de sublimación

El método de sublimación se utiliza actualmente ampliamente para la preparación de cristales simples de SiC.la tasa de crecimiento de los cristales de SiC es relativamente lentaSi bien la calidad mejora gradualmente, los cristales todavía contienen un gran número de dislocaciones y otros defectos.Mediante la optimización continua del gradiente de temperatura y el transporte de materiales, algunos defectos han sido controlados eficazmente.

4Método de crecimiento en fase líquida

El método de crecimiento en fase líquida implica el crecimiento de SiC a través de una solución.elementos como el titanio y el cromo se añaden típicamente al disolvente para aumentar la solubilidad en carbonoEl carbono es suministrado por un crisol de grafito, y la temperatura en la superficie del cristal de semilla es relativamente más baja.más baja que la del método de sublimaciónLa velocidad de crecimiento de la fase líquida puede alcanzar varios cientos de micrómetros por hora.

Una de las principales ventajas del método de crecimiento en fase líquida es su capacidad para reducir significativamente la densidad de las dislocaciones de los tornillos que se extienden a lo largo de la dirección [0001].Estas dislocaciones están densamente presentes en los cristales de SiC existentes y son una fuente clave de corriente de fuga en los dispositivosMediante el uso del método de crecimiento de fase líquida, estas dislocaciones de tornillo se doblan en la dirección vertical y son barridas fuera del cristal a través de las paredes laterales,reducción significativa de la densidad de dislocación en los cristales de SiC.

Los desafíos del crecimiento en fase líquida incluyen aumentar la tasa de crecimiento, extender la longitud de los cristales y mejorar la morfología superficial de los cristales.

5Método CVD de alta temperatura

El método CVD de alta temperatura es otra técnica utilizada para la producción de cristal único de SiC. Este método se lleva a cabo en una atmósfera de hidrógeno a baja presión,con SiH4 y C3H8 como gases fuente de silicio y carbonoAl mantener el sustrato de SiC a temperaturas superiores a 2000°C,los gases de origen se descomponen en moléculas tales como SiC2 y Si2C en la zona de descomposición por pared caliente y se transportan a la superficie del cristal de semilla, donde forman una capa de un solo cristal.

Las principales ventajas del método CVD de alta temperatura incluyen el uso de gases en bruto de alta pureza y el control preciso de la relación C/Si en la fase gaseosa mediante la regulación del caudal de gas.Este control es crucial para controlar la densidad de defectos en el cristalAdemás, la tasa de crecimiento del SiC a granel puede exceder 1 mm por hora.que aumenta la dificultad de mantenimientoAdemás, las reacciones en fase gaseosa generan partículas que pueden incorporarse al cristal como impurezas.

El método CVD de alta temperatura tiene un potencial significativo para la producción de cristales de SiC a granel de alta calidad.y densidad de dislocación reducida en comparación con el método de sublimación.

6Método RAF: una técnica avanzada para reducir los defectos

El método RAF (Repeated A-Face) reduce los defectos en los cristales de SiC mediante el corte repetido de cristales de semilla.se extrae un cristal de semilla cortado perpendicularmente a la dirección [0001] de un cristal cultivado a lo largo de la dirección [0001]Luego, otro cristal de semilla se corta perpendicular a esta nueva dirección de crecimiento, y se cultivan otros cristales individuales de SiC.las dislocaciones son gradualmente barridas fuera del cristal, lo que resulta en cristales de SiC a granel con significativamente menos defectos.Se ha informado que la densidad de dislocación de los cristales simples de SiC producidos por el método RAF es de 1 a 2 órdenes de magnitud inferior a la de los cristales estándar de SiC..

7Conclusión

La tecnología para la preparación de cristal único de SiC está evolucionando hacia tasas de crecimiento más rápidas, menor densidad de dislocación y mayor productividad.y el método CVD de alta temperatura tienen sus ventajas y desafíosEn el futuro, la calidad de los cristales de SiC seguirá mejorando gracias a la aplicación de nuevas tecnologías, como el método RAF.con una mayor optimización de los procesos y mejoras en los equipos, se espera que se superen los cuellos de botella técnicos en el crecimiento de cristales de SiC.

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