सीआईसी सिंगल क्रिस्टल ग्रोथ टेक्नोलॉजी का अवलोकन

सीआईसी सिंगल क्रिस्टल ग्रोथ टेक्नोलॉजी का अवलोकन

1परिचय

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) एकल क्रिस्टल ने हाल के वर्षों में उच्च तापमान, पहनने के प्रतिरोधी,और उच्च शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरण अनुप्रयोगविभिन्न तैयारी विधियों में से, सुब्लिमेशन विधि (भौतिक वाष्प परिवहन, पीवीटी) वर्तमान में सीआईसी एकल क्रिस्टल उगाने के लिए प्राथमिक विधि है, हालांकि अन्य संभावित विकास तकनीकें,जैसे कि तरल चरण वृद्धि और उच्च तापमान रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी)इस लेख में सीआईसी एकल क्रिस्टल वृद्धि विधियों, उनके फायदे और चुनौतियों का अवलोकन किया जाएगा, और दोष में कमी के लिए एक उन्नत तकनीक के रूप में आरएएफ विधि पर चर्चा की जाएगी।

2सुब्लिमेशन पद्धति के सिद्धांत और अनुप्रयोग

चूंकि सामान्य दबाव में 1:1 के अनुपात के साथ कोई स्टोकिओमेट्रिक तरल चरण सीआईसी नहीं होता है,सिलिकॉन एकल क्रिस्टल वृद्धि के लिए आम तौर पर इस्तेमाल पिघलने वृद्धि विधि सीधे थोक SiC क्रिस्टल उत्पादन के लिए लागू नहीं किया जा सकताइस प्रकार, सुब्लीमेशन विधि मुख्यधारा की पसंद बन गई है। यह विधि SiC पाउडर को कच्चे माल के रूप में उपयोग करती है, जिसे एक ग्रेफाइट क्रिब में रखा जाता है, और बीज क्रिस्टल के रूप में एक SiC सब्सट्रेट।एक तापमान ढाल, पाउडर पक्ष पर थोड़ा अधिक, सामग्री परिवहन को चलाता है। समग्र तापमान आमतौर पर 2000°C और 2500°C के बीच बनाए रखा जाता है।

चित्र 1 में संशोधित लेली पद्धति का उपयोग करके SiC एकल क्रिस्टल विकास की एक योजना दिखाई गई है। SiC पाउडर आणविक अवस्थाओं में sublimates, जैसे कि Si2C, SiC2, और Si,एक ग्रेफाइट पिघल के अंदर 2000°C से अधिक तापमान परइन अणुओं को तब एक निष्क्रिय वातावरण (आमतौर पर कम दबाव वाले आर्गन) में बीज क्रिस्टल की सतह पर ले जाया जाता है।परमाणु बीज क्रिस्टल की सतह पर फैलते हैं और विकास स्थलों में शामिल होते हैंएन-प्रकार के डोपिंग के दौरान नाइट्रोजन का प्रयोग किया जा सकता है।

3सुब्लिमेशन पद्धति के फायदे और चुनौतियां

सुब्लिमेशन विधि वर्तमान में व्यापक रूप से SiC एकल क्रिस्टल तैयार करने के लिए प्रयोग किया जाता है। हालांकि, सिलिकॉन एकल क्रिस्टल के लिए पिघलने की वृद्धि विधि की तुलना में,सीआईसी क्रिस्टल की वृद्धि दर अपेक्षाकृत धीमी हैजबकि गुणवत्ता में धीरे-धीरे सुधार हो रहा है, क्रिस्टल में अभी भी बड़ी संख्या में विस्थापन और अन्य दोष हैं।तापमान ढाल और सामग्री परिवहन के निरंतर अनुकूलन के माध्यम से, कुछ दोषों को प्रभावी ढंग से नियंत्रित किया गया है।

4तरल चरण की वृद्धि विधि

तरल अवस्था वृद्धि विधि में एक समाधान के माध्यम से SiC की वृद्धि शामिल है। हालांकि, सिलिकॉन विलायक में कार्बन की घुलनशीलता अत्यंत कम है,टाइटेनियम और क्रोमियम जैसे तत्व आमतौर पर कार्बन घुलनशीलता बढ़ाने के लिए विलायक में जोड़े जाते हैंकार्बन की आपूर्ति एक ग्रेफाइट क्रिब द्वारा की जाती है, और बीज क्रिस्टल की सतह पर तापमान अपेक्षाकृत कम होता है। विकास तापमान आमतौर पर 1500°C और 2000°C के बीच सेट किया जाता है,सुब्लिमेशन विधि की तुलना में कमतरल अवस्था के विकास की गति प्रति घंटे कई सौ माइक्रोमीटर तक पहुंच सकती है।

तरल चरण वृद्धि विधि का एक प्रमुख लाभ [0001] दिशा के साथ विस्तारित पेंच विस्थापन के घनत्व को काफी कम करने की क्षमता है।ये विस्थापन घनी मौजूदा सीआईसी क्रिस्टल में मौजूद हैं और उपकरणों में रिसाव धारा का एक प्रमुख स्रोत हैंतरल अवस्था वृद्धि पद्धति का प्रयोग करके इन पेंच विस्थापनों को ऊर्ध्वाधर दिशा में झुकाया जाता है और साइडवॉल के माध्यम से क्रिस्टल से बाहर निकाल दिया जाता है।सीआईसी क्रिस्टल में विस्थापन घनत्व को काफी कम करना.

तरल अवस्था के विकास की चुनौतियों में वृद्धि दर बढ़ाना, क्रिस्टल की लंबाई बढ़ाना और क्रिस्टल की सतह के आकार में सुधार करना शामिल है।

5उच्च तापमान सीवीडी विधि

उच्च तापमान सीवीडी विधि सीआईसी एकल क्रिस्टल उत्पादन के लिए इस्तेमाल किया एक और तकनीक है। यह विधि एक कम दबाव हाइड्रोजन वातावरण में किया जाता है,जिसमें SiH4 और C3H8 सिलिकॉन और कार्बन स्रोत गैसों के रूप में कार्य करते हैंक्रमशः, 2000°C से ऊपर के तापमान पर SiC सब्सट्रेट को बनाए रखकर,स्रोत गैसें गर्म दीवार विघटन क्षेत्र में SiC2 और Si2C जैसे अणुओं में विघटित होती हैं और बीज क्रिस्टल की सतह पर ले जाती हैं, जहां वे एक एकल क्रिस्टल परत बनाते हैं।

उच्च तापमान सीवीडी विधि के मुख्य लाभों में उच्च शुद्धता वाले कच्चे गैसों का उपयोग और गैस प्रवाह दर को नियंत्रित करके गैस चरण में सी/सी अनुपात का सटीक नियंत्रण शामिल है।यह नियंत्रण क्रिस्टल में दोष घनत्व के प्रबंधन के लिए महत्वपूर्ण हैइसके अतिरिक्त, थोक सीआईसी में वृद्धि दर 1 मिमी प्रति घंटे से अधिक हो सकती है। हालांकि, एक नकारात्मक पक्ष विकास भट्ठी और निकास पाइप में प्रतिक्रिया उप-उत्पादों का महत्वपूर्ण संचय है,जिससे रखरखाव में कठिनाई बढ़ जाती हैइसके अतिरिक्त, गैस-चरण प्रतिक्रियाओं से कण उत्पन्न होते हैं जिन्हें अशुद्धियों के रूप में क्रिस्टल में शामिल किया जा सकता है।

उच्च तापमान सीवीडी विधि में उच्च गुणवत्ता वाले बड़े पैमाने पर सीआईसी क्रिस्टल के उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण संभावनाएं हैं। कम लागत, उच्च उत्पादकता प्राप्त करने के लिए निरंतर विकास जारी है,और सुब्लिमेशन विधि की तुलना में विस्थापन घनत्व कम.

6आरएएफ विधि: दोषों को कम करने के लिए एक उन्नत तकनीक

आरएएफ (रिपीटेड ए-फेस) विधि सीआईसी क्रिस्टल में दोषों को कम करती है।एक बीज क्रिस्टल [0001] दिशा के साथ लंबवत कटौती एक क्रिस्टल [0001] दिशा के साथ बढ़ी से लिया जाता है, और SiC एकल क्रिस्टल उस पर बढ़ रहे हैं. फिर, एक और बीज क्रिस्टल इस नई वृद्धि दिशा के लंबवत काटा जाता है, और आगे SiC एकल क्रिस्टल बढ़ रहे हैं. इस चक्र को दोहराने से, हम एक और बीज क्रिस्टल का उपयोग कर सकते हैं.विस्थापन धीरे-धीरे क्रिस्टल से बाहर बह जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप काफी कम दोषों वाले बड़े पैमाने पर SiC क्रिस्टल बनते हैं।यह बताया गया है कि आरएएफ विधि द्वारा उत्पादित सिंगल सीआईसी क्रिस्टल का विस्थापन घनत्व मानक सीआईसी क्रिस्टल की तुलना में 1 से 2 परिमाण क्रम कम है.

7निष्कर्ष

सीआईसी एकल क्रिस्टल तैयारी तकनीक तेजी से विकास दर, कम विस्थापन घनत्व, और उच्च उत्पादकता की ओर विकसित हो रही है।और उच्च तापमान सीवीडी विधि प्रत्येक के अपने फायदे और चुनौतियां हैंआरएएफ विधि जैसी नई प्रौद्योगिकियों के अनुप्रयोग के साथ, सीआईसी क्रिस्टल की गुणवत्ता में सुधार जारी है।प्रक्रियाओं के और अनुकूलन और उपकरणों में सुधार के साथ, सीआईसी क्रिस्टल विकास में तकनीकी बाधाओं को दूर करने की उम्मीद है।

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