Visão geral da tecnologia de crescimento de cristais únicos de SiC

Visão geral da tecnologia de crescimento de cristais únicos de SiC

1Introdução

Os cristais únicos de carburo de silício (SiC) chamaram muita atenção nos últimos anos devido ao seu desempenho superior em altas temperaturas, resistentes ao desgaste,e aplicações de dispositivos eletrónicos de alta potênciaEntre os vários métodos de preparação, o método de sublimação (Physical Vapor Transport, PVT) é atualmente o método primário para o cultivo de cristais únicos de SiC, embora outras técnicas de crescimento possíveis, como a sublimação, possam ser utilizadas para a produção de cristais de SiC.tais como o crescimento da fase líquida e a deposição de vapor químico a alta temperatura (CVD)Este artigo fornecerá uma visão geral dos métodos de crescimento de cristal único de SiC, suas vantagens e desafios, e discutirá o método RAF como uma técnica avançada para a redução de defeitos.

2Princípios e Aplicações do Método de Sublimação

Uma vez que não existe uma fase líquida estequiométrica de SiC com uma proporção 1:1 Si-C sob pressão normal,O método de crescimento por fusão comumente utilizado para o crescimento de cristais únicos de silício não pode ser aplicado diretamente à produção a granel de cristais de SiC.Assim, o método de sublimação tornou-se a escolha principal. Este método usa pó de SiC como matéria-prima, colocado em um crisol de grafite e um substrato de SiC como o cristal de semente.Um gradiente de temperaturaA temperatura global é normalmente mantida entre 2000°C e 2500°C.

A Figura 1 mostra um esquema do crescimento de cristal único de SiC usando o método Lely modificado.a temperaturas superiores a 2000°C no interior de um cadinho de grafiteEstas moléculas são então transportadas para a superfície do cristal de semente numa atmosfera inerte (normalmente argônio a baixa pressão).Os átomos difundem-se pela superfície do cristal de semente e incorporam-se nos locais de crescimentoO nitrogénio pode ser introduzido durante a dopagem de tipo n.

3- Vantagens e desafios do método de sublimação

O método de sublimação é atualmente amplamente utilizado para a preparação de cristais únicos de SiC.a taxa de crescimento dos cristais de SiC é relativamente lentaEmbora a qualidade esteja a melhorar gradualmente, os cristais ainda contêm um grande número de deslocamentos e outros defeitos.Através da otimização contínua do gradiente de temperatura e do transporte de materiais, alguns defeitos foram efectivamente controlados.

4Método de crescimento em fase líquida

O método de crescimento na fase líquida envolve o crescimento de SiC através de uma solução.elementos como titânio e cromo são tipicamente adicionados ao solvente para aumentar a solubilidade do carbonoO carbono é fornecido por um cadinho de grafite e a temperatura na superfície do cristal de semente é relativamente mais baixa.inferior à do método de sublimaçãoA taxa de crescimento da fase líquida pode atingir várias centenas de micrómetros por hora.

Uma das principais vantagens do método de crescimento da fase líquida é a sua capacidade de reduzir significativamente a densidade das deslocações de parafusos que se estendem ao longo da direção [0001].Esses deslocamentos estão densamente presentes em cristais de SiC existentes e são uma fonte chave de corrente de vazamento em dispositivosUsando o método de crescimento de fase líquida, estas luxações de parafuso são dobradas na direção vertical e varridas para fora do cristal através das paredes laterais,reduzindo significativamente a densidade de deslocação nos cristais de SiC.

Os desafios do crescimento da fase líquida incluem aumentar a taxa de crescimento, estender o comprimento dos cristais e melhorar a morfologia da superfície dos cristais.

5Método CVD de alta temperatura

O método CVD de alta temperatura é outra técnica utilizada para a produção de cristal único de SiC. Este método é conduzido em uma atmosfera de hidrogênio a baixa pressão,com SiH4 e C3H8 a servir de gás fonte de silício e carbono, respectivamente. Ao manter o substrato de SiC a temperaturas superiores a 2000°C,Os gases de origem decompõem-se em moléculas como o SiC2 e o Si2C na zona de decomposição por parede quente e são transportados para a superfície do cristal de semente., onde formam uma camada de cristal único.

As principais vantagens do método CVD de alta temperatura incluem a utilização de gases brutos de alta pureza e o controlo preciso da relação C/Si na fase gasosa através da regulação do caudal do gás.Este controlo é crucial para gerir a densidade de defeito no cristalAlém disso, a taxa de crescimento do SiC a granel pode exceder 1 mm por hora.que aumenta a dificuldade de manutençãoAlém disso, as reações de fase gasosa geram partículas que podem ser incorporadas no cristal como impurezas.

O método CVD de alta temperatura tem um potencial significativo para a produção de cristais de SiC a granel de alta qualidade.e densidade de deslocamento reduzida em comparação com o método de sublimação.

6Método RAF: uma técnica avançada para reduzir defeitos

O método RAF (Repeated A-Face) reduz os defeitos nos cristais de SiC cortando repetidamente cristais de sementes.Um cristal de semente cortado perpendicularmente à direção [0001] é retirado de um cristal cultivado na direção [0001]Em seguida, outro cristal de semente é cortado perpendicular a esta nova direção de crescimento, e mais cristais de SiC são cultivados.As luxações são gradualmente varridas para fora do cristal, resultando em cristais de SiC a granel com significativamente menos defeitos.Foi relatado que a densidade de dislocação dos cristais individuais de SiC produzidos pelo método RAF é de 1 a 2 ordens de grandeza inferior à dos cristais de SiC padrão.

7Conclusão

A tecnologia de preparação de cristal único de SiC está evoluindo para taxas de crescimento mais rápidas, menor densidade de deslocação e maior produtividade.e o método CVD de alta temperatura têm as suas vantagens e desafiosCom a aplicação de novas tecnologias, como o método RAF, a qualidade dos cristais de SiC continua a melhorar.com uma maior otimização dos processos e melhorias nos equipamentos, espera-se que os gargalos técnicos no crescimento de cristais de SiC sejam superados.

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