Khōlo e Potlakileng ea SiC Single Crystal e SebelisangCVD-SiC BongataMohloli ka mokhoa oa Sublimation
Ka ho sebelisa recycledLi-blocks tsa CVD-SiCe le mohloli oa SiC, likristale tsa SiC li ile tsa hōla ka katleho ka tekanyo ea 1.46 mm / h ka mokhoa oa PVT. Li-micropipe tsa kristale tse holileng le li-dislocation densities li bontša hore ho sa tsotellehe sekhahla se phahameng sa khōlo, boleng ba kristale bo botle haholo.
Silicon carbide (SiC)ke semiconductor e nang le li-bandgap tse ngata tse nang le thepa e ntle haholo bakeng sa ts'ebeliso ea motlakase o phahameng, matla a phahameng le maqhubu a phahameng. Tlhokahalo ea eona e eketsehile ka potlako lilemong tsa morao tjena, haholo-holo tšimong ea semiconductor ea matla. Bakeng sa lits'ebetso tsa semiconductor ea matla, likristale tse le 'ngoe tsa SiC li holisoa ka ho theola mohloli o hloekileng oa SiC ho 2100-2500 ° C, ebe o khutlisetsoa holim'a kristale ea peo e sebelisa mokhoa oa ho tsamaisa mouoane oa 'mele (PVT), o lateloe ke ho sebetsa ho fumana likaroloana tsa kristale tse le 'ngoe holim'a li-wafers. . Ka tloaelo,Likristale tsa SiCli lengoa ho sebelisoa mokhoa oa PVT ka sekhahla sa kholo ea 0.3 ho 0.8 mm / h ho laola crystallinity, e batlang e lieha ha e bapisoa le lisebelisoa tse ling tsa kristale tse sebelisoang lits'ebetsong tsa semiconductor. Ha likristale tsa SiC li ntse li hōla ka litekanyetso tse phahameng tsa khōlo ho sebelisa mokhoa oa PVT, ho senyeha ha boleng ho kenyelletsa carbon inclusions, ho fokotseha ho hloeka, ho hōla ha polycrystalline, ho thehoa ha moeli oa lijo-thollo, le ho senyeha le ho senyeha ha porosity ha hoa tlosoa. Ka hona, khōlo e potlakileng ea SiC ha e e-s'o hlahisoe, 'me sekhahla sa ho hōla butle sa SiC e bile tšitiso e kholo tlhahisong ea li-substrates tsa SiC.
Ka lehlakoreng le leng, litlaleho tsa morao-rao tse mabapi le khōlo e potlakileng ea SiC li 'nile tsa sebelisa mekhoa e phahameng ea mocheso oa lik'hemik'hale tsa mouoane (HTCVD) ho e-na le mokhoa oa PVT. Mokhoa oa HTCVD o sebelisa mouoane o nang le Si le C e le mohloli oa SiC ho reactor. HTCVD ha e so sebelisetsoe tlhahiso e kholo ea SiC mme e hloka lipatlisiso le nts'etsopele bakeng sa khoebo. Hoa thahasellisa hore esita le ka tekanyo e phahameng ea kholo ea ~ 3 mm / h, SiC single crystals e ka hōlileng ka boleng bo botle ba kristale ho sebelisa mokhoa oa HTCVD. Ho sa le joalo, likarolo tsa SiC li sebelisitsoe lits'ebetsong tsa semiconductor tlasa maemo a thata a hlokang taolo e phahameng haholo ea ts'ebetso ea bohloeki. Bakeng sa lits'ebetso tsa ts'ebetso ea semiconductor, ~99.9999% (~6N) likarolo tsa SiC tsa bohloeki hangata li lokisoa ke mokhoa oa CVD ho tloha methyltrichlorosilane (CH3Cl3Si, MTS). Leha ho le joalo, ho sa tsotellehe bohloeki bo phahameng ba likarolo tsa CVD-SiC, li lahliloe ka mor'a hore li sebelisoe. Haufinyane tjena, likarolo tsa CVD-SiC tse lahliloeng li 'nile tsa nkoa e le mehloli ea SiC bakeng sa khōlo ea kristale, le hoja mekhoa e meng ea ho hlaphoheloa e kenyelletsang ho senya le ho hloekisa e ntse e hlokoa ho finyella litlhoko tse phahameng tsa mohloli oa ho hōla ha kristale. Thutong ena, re sebelisitse li-block tsa CVD-SiC tse lahliloeng ho sebelisa lisebelisoa hape e le mohloli oa ho holisa likristale tsa SiC. Li-blocks tsa CVD-SiC bakeng sa khōlo e le 'ngoe ea kristale li ne li lokiselitsoe e le li-blocks tse laoloang ka boholo, tse fapaneng haholo ka sebōpeho le boholo ha li bapisoa le phofo ea khoebo ea SiC e atisang ho sebelisoa ts'ebetsong ea PVT, ka hona boitšoaro ba SiC single kristale kgolo e ne e lebeletsoe hore e be haholo. fapaneng. Pele o etsa liteko tsa kholo ea kristale e le 'ngoe ea SiC, ho ne ho etsoa lipapiso tsa k'homphieutha ho finyella litekanyetso tse phahameng tsa khōlo, 'me sebaka sa mocheso se ile sa lokisoa ka tsela e nepahetseng bakeng sa khōlo e le' ngoe ea kristale. Ka mor'a khōlo ea kristale, likristale tse hōlileng li ile tsa hlahlojoa ka tomography ea cross-sectional, micro-Raman spectroscopy, high-resolution X-ray diffraction, le synchrotron white beam X-ray topography.
Setšoantšo sa 1 se bontša mohloli oa CVD-SiC o sebelisetsoang khōlo ea PVT ea likristale tsa SiC thutong ena. Joalokaha ho hlalositsoe kenyelletsong, likarolo tsa CVD-SiC li ile tsa etsoa ho tloha MTS ka mokhoa oa CVD 'me tsa bōptjoa bakeng sa tšebeliso ea semiconductor ka ho sebetsa ka mechine. N e ile ea kenngoa ts'ebetsong ea CVD ho finyella conductivity bakeng sa likopo tsa ts'ebetso ea semiconductor. Ka mor'a ho sebelisoa mekhoeng ea semiconductor, likarolo tsa CVD-SiC li ile tsa sithabetsoa ho lokisetsa mohloli oa ho hōla ha kristale, joalokaha ho bontšitsoe setšoantšong sa 1. Mohloli oa CVD-SiC o ne o lokiselitsoe e le lipoleiti tse nang le botenya bo boholo ba ~ 0.5 mm le boholo ba karoloana ea 49.75 limilimithara.
Setšoantšo sa 1: Mohloli oa CVD-SiC o lokiselitsoeng ke mokhoa oa MTS-based CVD.
Ho sebelisa mohloli oa CVD-SiC o bontšitsoeng ho Setšoantšo sa 1, likristale tsa SiC li ile tsa lengoa ke mokhoa oa PVT ka sebōping sa ho futhumatsa sa induction. Ho hlahloba kabo ea mocheso sebakeng sa mocheso, khoutu ea ho etsisa khoebo VR-PVT 8.2 (STR, Republic of Serbia) e sebelisitsoe. Reactor e nang le sebaka sa mocheso e entsoe e le mohlala oa 2D axisymmetric, joalo ka ha ho bonts'itsoe ho Setšoantšo sa 2, ka mohlala oa eona oa letlooeng. Lisebelisoa tsohle tse sebelisoang papisong li bontšoa ho Setšoantšo sa 2, 'me thepa ea bona e thathamisitsoe ho Lethathamo la 1. Ho itšetlehile ka liphello tsa ho etsisa, likristale tsa SiC li ile tsa hōlileng ka ho sebelisa mokhoa oa PVT ka mocheso oa mocheso oa 2250-2350 ° C sepakapakeng sa Ar at. Pheha 35 ka lihora tse 4. Sephaphatha sa 4 ° off-axis 4H-SiC se sebelisitsoe joalo ka peo ea SiC. Likristale tse hōlileng li ile tsa hlahlojoa ke micro-Raman spectroscopy (Witec, UHTS 300, Jeremane) le XRD ea boemo bo phahameng (HRXRD, X'Pert-PROMED, PANalytical, Netherlands). Maemo a litšila ka har'a likristale tsa SiC tse seng li hōlile li ile tsa hlahlojoa ho sebelisoa li-ion mass spectrometry tse matla (SIMS, Cameca IMS-6f, France). Boima ba likristale tse seng li hōlile bo ile ba hlahlojoa ho sebelisoa synchrotron white beam X-ray topography ho Pohang Light Source.
Setšoantšo sa 2: Sets'oants'o sa "Thermal zone" le mohlala oa letlooeng la kholo ea PVT ka seboping sa induction.
Kaha mekhoa ea HTCVD le PVT e hōlisa likristale tlas'a tekanyo ea khase e tiileng ka pele ho kholo, khōlo e potlakileng ea SiC ka mokhoa oa HTCVD e ile ea etsa hore ho be le phephetso ea khōlo e potlakileng ea SiC ka mokhoa oa PVT thutong ena. Mokhoa oa HTCVD o sebelisa mohloli oa khase o laoloang habonolo, ha mokhoa oa PVT o sebelisa mohloli o tiileng o sa laoleng phallo ka ho toba. Sekhahla sa phallo se fanoang ka pele ho khōlo ka mokhoa oa PVT se ka laoloa ke tekanyo ea sublimation ea mohloli o tiileng ka taolo ea ho arola mocheso, empa taolo e nepahetseng ea kabo ea mocheso mekhoeng e sebetsang ea ho hōla ha ho bonolo ho e finyella.
Ka ho eketsa mocheso oa mohloli sebakeng sa PVT, sekhahla sa kholo ea SiC se ka eketsoa ka ho eketsa sekhahla sa sublimation sa mohloli. Ho fihlela kholo e tsitsitseng ea kristale, taolo ea mocheso ka pele ho kholo e bohlokoa. Ho eketsa sekhahla sa kholo ntle le ho etsa li-polycrystals, mocheso o phahameng oa mocheso o lokela ho finyelloa ka pele ho kholo, joalokaha ho bontšoa ke khōlo ea SiC ka mokhoa oa HTCVD. E sa lekaneng paatsepama mocheso conduction ho ea ka morao cap, lokela ho dissipate bokeletseng mocheso ka pele kgolo ka mahlaseli mogote ho bokaholimo kgolo, isang ho sebopeho sa bokaholimo feteletseng, ke hore, polycrystalline kgolo.
Ka bobeli mekhoa ea ho fetisa le ho tsosolosa ka mokhoa oa PVT e tšoana haholo le mokhoa oa HTCVD, le hoja li fapane mohloling oa SiC. Sena se bolela hore khōlo e potlakileng ea SiC e boetse e ka finyelloa ha tekanyo ea sublimation ea mohloli oa SiC e phahame ka ho lekaneng. Leha ho le joalo, ho finyella likristale tse le 'ngoe tsa boleng bo phahameng ba SiC tlas'a maemo a phahameng a khōlo ka mokhoa oa PVT ho na le mathata a' maloa. Liphofshoana tsa khoebo hangata li na le motsoako oa likaroloana tse nyane le tse kholo. Ka lebaka la liphapang tsa matla a holim'a metsi, likaroloana tse nyenyane li na le likhahla tse batlang li le litšila 'me li na le li-sublimate pele ho likaroloana tse kholo, tse lebisang tlhokomelong e phahameng ea litšila likarolong tsa pele tsa kholo ea kristale. Ho phaella moo, ha SiC e tiileng e senyeha ho ba mefuta ea mouoane e kang C le Si, SiC2 le Si2C ka mocheso o phahameng, C e tiileng e ke ke ea qojoa ha mohloli oa SiC o theoha ka mokhoa oa PVT. Haeba sebopeho se tiileng sa C se le senyenyane ebile se le bobebe ka ho lekaneng, tlas'a maemo a ho hōla ka potlako, likaroloana tse nyenyane tsa C, tse tsejoang e le "C lerōle," li ka isoa holim'a kristale ka ho fetisoa ha boima bo matla, ho fella ka ho kenyelletsa kristale e hōlileng. Ka hona, ho fokotsa litšila tsa tšepe le lerōle la C, boholo ba karoloana ea mohloli oa SiC ka kakaretso bo lokela ho laoloa ho bophara bo ka tlase ho 200 μm, 'me sekhahla sa kholo ha sea lokela ho feta ~ 0.4 mm / h ho boloka ho fetisoa ha boima butle le ho kenyelletsa ho phaphamala. C lerole. Litšila tsa tšepe le lerōle la C li lebisa ho senyeha ha likristale tsa SiC tse hōlileng, e leng litšitiso tse ka sehloohong tsa khōlo e potlakileng ea SiC ka mokhoa oa PVT.
Thutong ena, mehloli e senyehileng ea CVD-SiC e se nang likaroloana tse nyenyane e ile ea sebelisoa, ho felisa lerōle la C le phaphametseng tlas'a phetisetso e matla ea boima. Ka hona, mohaho oa libaka tsa mocheso o ne o etselitsoe ho sebelisa mokhoa oa PVT oa multiphysics simulation-based ho finyella khōlo e potlakileng ea SiC, 'me mokhoa oa ho fana ka mocheso le mocheso oa mocheso o bontšoa ho Setšoantšo sa 3a.
Setšoantšo sa 3: (a) Kabo ea mocheso le sekhahla sa mocheso haufi le sebaka sa ho hōla sa mochine oa PVT se fumanoeng ka tlhahlobo e fokolang ea likarolo, le (b) kabo ea mocheso o otlolohileng ho latela mola oa axisymmetric.
Ha ho bapisoa le litlhophiso tse tloaelehileng tsa libaka tsa mocheso bakeng sa ho holisa likristale tsa SiC ka sekhahla sa kholo ea 0.3 ho isa ho 0.8 mm/h tlasa mocheso o monyane o ka tlase ho 1 °C/mm, litlhophiso tsa libaka tsa mocheso thutong ena li na le mocheso o batlang o le moholo oa ~ ~ 3.8 °C/mm ka mocheso oa kholo oa ~2268°C. Boleng ba mocheso oa mocheso thutong ena bo bapisoa le khōlo e potlakileng ea SiC ka tekanyo ea 2.4 mm / h ho sebelisa mokhoa oa HTCVD, moo mocheso oa mocheso o behiloeng ~ 14 ° C / mm. Ho tloha kabong ea mocheso o otlolohileng o bontšitsoeng ho Setšoantšo sa 3b, re tiisitse hore ha ho na mocheso o fapaneng oa mocheso o ka etsang li-polycrystals o neng o le teng haufi le sebaka sa ho hōla, joalokaha ho hlalositsoe libukeng.
Ho sebelisa tsamaiso ea PVT, likristale tsa SiC li ne li hōlile ho tloha mohloling oa CVD-SiC bakeng sa lihora tsa 4, joalokaha ho bontšitsoe litšoantšong tsa 2 le 3. Moemeli oa SiC ea ho hōla ha kristale ho tloha ho SiC e hōlileng e bontšoa ho Setšoantšo sa 4a. Botenya le sekhahla sa kholo ea kristale ea SiC e bontšitsoeng ho Setšoantšo sa 4a ke 5.84 mm le 1.46 mm / h, ka ho latellana. Tšusumetso ea mohloli oa SiC ho boleng, polytype, morphology, le bohloeki ba kristale ea SiC e hōlileng e bontšitsoeng ho Setšoantšo sa 4a e ile ea batlisisoa, joalokaha ho bontšitsoe litšoantšong 4b-e. Setšoantšo sa cross-sectional tomography ho Setšoantšo sa 4b se bontša hore khōlo ea kristale e ne e le sebopeho sa convex ka lebaka la maemo a ho hōla a sa tloaelehang. Leha ho le joalo, micro-Raman spectroscopy ho Setšoantšo sa 4c e ile ea tsebahatsa kristale e hōlileng e le karolo e le 'ngoe ea 4H-SiC ntle le li-polytype inclusions. Boleng ba FWHM ba tlhōrō ea (0004) e fumanoeng ho X-ray rocking curve analysis e ne e le 18.9 arcseconds, hape e tiisang boleng bo botle ba kristale.
Setšoantšo sa 4: (a) SiC crystal e hōlileng (sekhahla sa kholo ea 1.46 mm / h) le liphello tsa eona tsa tlhahlobo ka (b) cross-sectional tomography, (c) micro-Raman spectroscopy, (d) X-ray rocking curve, le ( e) X-ray topography.
Setšoantšo sa 4e se bonts'a topography ea X-ray e tšoeu e khethollang mengoallo le likhoele tse khelohang ka har'a sephaphatha se bentšitsoeng sa kristale e hōlileng. Boima ba kristale e ntseng e hola bo ne bo lekantsoe ho ba ~3000 ea/cm², e phahame hanyane ho feta sekhahla sa kristale ea peo, e neng e le ~2000 ea/cm². Kristale e hōlileng e tiisitsoe hore e na le sekhahla se fokolang sa ho senyeha, se bapisoang le boleng ba kristale ba liphaphatha tsa khoebo. Hoa thahasellisa hore ho hōla ka potlako ha likristale tsa SiC ho ile ha finyelloa ka mokhoa oa PVT ka mohloli o sithabetseng oa CVD-SiC tlas'a mocheso o moholo oa mocheso. Likhakanyo tsa B, Al, le N ho kristale e hōlileng e ne e le 2.18 × 10¹⁶, 7.61 × 10¹⁵, le 1.98 × 10¹⁹ atoms/cm³, ka ho latellana. Khatello ea P ho kristale e hōlileng e ne e le ka tlaase ho moeli oa ho lemoha (<1.0 × 10¹⁴ liathomo/cm³). Lintho tse sa hloekang li ne li le tlaase ka ho lekaneng bakeng sa bajari ba litefello, ntle le N, e neng e entsoe ka boomo nakong ea ts'ebetso ea CVD.
Le hoja khōlo ea kristale thutong ena e ne e le nyenyane ho nahanoa ka lihlahisoa tsa khoebo, pontšo e atlehileng ea khōlo e potlakileng ea SiC e nang le boleng bo botle ba kristale e sebelisang mohloli oa CVD-SiC ka mokhoa oa PVT o na le liphello tse kholo. Kaha mehloli ea CVD-SiC, ho sa tsotellehe thepa ea eona e babatsehang, e na le tlhōlisano ea litšenyehelo ka ho tsosolosa lisebelisoa tse lahliloeng, re lebeletse hore tšebeliso ea bona e atileng e le mohloli o tšepisang oa SiC ho nkela mehloli ea phofo ea SiC sebaka. Ho sebelisa mehloli ea CVD-SiC bakeng sa kholo e potlakileng ea SiC, ho ntlafatsa kabo ea mocheso tsamaisong ea PVT hoa hlokahala, ho hlahisa lipotso tse ling bakeng sa lipatlisiso tse tlang.
Qetello
Thutong ena, pontšo e atlehileng ea khōlo e potlakileng ea kristale ea SiC e sebelisang li-blocks tsa CVD-SiC tse pshatlehileng tlas'a maemo a phahameng a mocheso ka mokhoa oa PVT o ile oa finyelloa. Hoa thahasellisa hore khōlo e potlakileng ea likristale tsa SiC e ile ea hlokomeloa ka ho nkela mohloli oa SiC sebaka ka mokhoa oa PVT. Mokhoa ona o lebeletsoe hore o eketse haholo ts'ebetso e kholo ea tlhahiso ea likristale tse le 'ngoe tsa SiC, qetellong e fokotse litšenyehelo tsa li-unit tsa li-substrates tsa SiC le ho khothalletsa tšebeliso e pharaletseng ea lisebelisoa tsa matla tse sebetsang hantle.
Nako ea poso: Jul-19-2024