Vue d'ensemble de la technologie de croissance des cristaux uniques de SiC

Vue d'ensemble de la technologie de croissance des cristaux uniques de SiC

1. Introduction

Les cristaux simples de carbure de silicium (SiC) ont attiré l'attention de nombreuses personnes ces dernières années en raison de leurs performances supérieures à haute température, résistantes à l'usure,et les applications de dispositifs électroniques à haute puissanceParmi les différentes méthodes de préparation, la méthode de sublimation (Physical Vapor Transport, PVT) est actuellement la principale méthode de culture des monocristaux de SiC, bien que d'autres techniques de croissance potentielles, comme la sublimation, puissent être utilisées.comme la croissance en phase liquide et le dépôt de vapeur chimique à haute température (CVD)Cet article fournira un aperçu des méthodes de croissance des cristaux simples de SiC, de leurs avantages et de leurs défis, et discutera de la méthode RAF en tant que technique avancée de réduction des défauts.

2Principes et applications de la méthode de sublimation

Comme il n'existe pas de SiC en phase liquide stéchiométrique avec un rapport Si/C de 1:1 sous pression normale,la méthode de croissance par fusion couramment utilisée pour la croissance de cristaux simples de silicium ne peut pas être directement appliquée à la production de cristaux de SiC en vracAinsi, la méthode de sublimation est devenue le choix principal. Cette méthode utilise la poudre de SiC comme matière première, placée dans un creuset de graphite, et un substrat de SiC comme cristal de graine.Un gradient de températureLa température globale est généralement maintenue entre 2000°C et 2500°C.

La figure 1 montre un schéma de croissance du cristal unique de SiC en utilisant la méthode Lely modifiée.à des températures supérieures à 2000°C à l'intérieur d'un creuset de graphiteCes molécules sont ensuite transportées à la surface du cristal de graine dans une atmosphère inerte (typiquement de l'argon à basse pression).Les atomes se diffusent à travers la surface du cristal de graine et s'incorporent dans les sites de croissanceL'azote peut être introduit pendant le dopage de type n.

3. Avantages et défis de la méthode de sublimation

La méthode de sublimation est actuellement largement utilisée pour la préparation de monocristaux de SiC.le taux de croissance des cristaux de SiC est relativement lentBien que la qualité s'améliore progressivement, les cristaux contiennent encore un grand nombre de dislocations et d'autres défauts.Grâce à l'optimisation continue du gradient de température et du transport des matériaux, certains défauts ont été efficacement contrôlés.

4. Méthode de croissance en phase liquide

La méthode de croissance en phase liquide consiste à faire pousser du SiC à travers une solution.des éléments tels que le titane et le chrome sont généralement ajoutés au solvant pour augmenter la solubilité du carboneLe carbone est fourni par un creuset de graphite et la température à la surface du cristal de graine est relativement inférieure.inférieure à celle de la méthode de sublimationLe taux de croissance de la phase liquide peut atteindre plusieurs centaines de micromètres par heure.

L'un des principaux avantages de la méthode de croissance en phase liquide est sa capacité à réduire de manière significative la densité des dislocations de vis s'étendant le long de la direction [0001].Ces dislocations sont très présentes dans les cristaux de SiC existants et sont une source clé de courant de fuite dans les appareilsEn utilisant la méthode de croissance en phase liquide, ces dislocations de vis sont pliées dans la direction verticale et balayées hors du cristal à travers les parois latérales,réduisant de manière significative la densité de dislocation dans les cristaux de SiC.

Les défis de la croissance en phase liquide comprennent l'augmentation du taux de croissance, l'extension de la longueur des cristaux et l'amélioration de la morphologie de surface des cristaux.

5. Méthode CVD à haute température

La méthode CVD à haute température est une autre technique utilisée pour la production de monocristaux de SiC. Cette méthode est réalisée dans une atmosphère d'hydrogène à basse pression,avec SiH4 et C3H8 servant de gaz sources de silicium et de carboneEn maintenant le substrat SiC à des températures supérieures à 2000°C,les gaz de source se décomposent en molécules telles que le SiC2 et le Si2C dans la zone de décomposition à paroi chaude et sont transportés à la surface du cristal de semence, où elles forment une couche monocristalline.

Les principaux avantages de la méthode CVD à haute température comprennent l'utilisation de gaz bruts de haute pureté et le contrôle précis du rapport C/Si dans la phase gazeuse en régulant le débit de gaz.Ce contrôle est crucial pour gérer la densité de défaut dans le cristalEn outre, le taux de croissance du SiC en vrac peut dépasser 1 mm/h. Cependant, un inconvénient est l'accumulation significative de sous-produits de réaction dans le four de croissance et les tuyaux d'échappement.ce qui accroît la difficulté de maintenanceEn outre, les réactions en phase gazeuse génèrent des particules qui peuvent être incorporées dans le cristal sous forme d'impuretés.

La méthode CVD à haute température présente un potentiel important pour la production de cristaux de SiC en vrac de haute qualité.et une densité de dislocation réduite par rapport à la méthode de sublimation.

6Métode RAF: une technique avancée pour réduire les défauts

La méthode RAF (Repeated A-Face) réduit les défauts dans les cristaux de SiC en coupant à plusieurs reprises les cristaux de graines.un cristal de graine coupé perpendiculairement à la direction [0001] est prélevé sur un cristal cultivé le long de la direction [0001]Ensuite, un autre cristal de graine est coupé perpendiculairement à cette nouvelle direction de croissance, et d'autres cristaux simples de SiC sont cultivés.Les dislocations sont progressivement balayées hors du cristal., résultant en des cristaux de SiC en vrac avec beaucoup moins de défauts.Il a été rapporté que la densité de dislocation des cristaux simples de SiC produits par la méthode RAF est de 1 à 2 ordres de grandeur inférieure à celle des cristaux de SiC standard..

7Conclusion

La technologie de préparation de cristaux simples de SiC évolue vers des taux de croissance plus rapides, une densité de dislocation réduite et une productivité plus élevée.Les méthodes de détection et de détection de la CVD à haute température présentent chacune leurs avantages et leurs défis. Avec l'application de nouvelles technologies telles que la méthode RAF, la qualité des cristaux de SiC continue de s'améliorer.avec une optimisation supplémentaire des processus et des améliorations des équipements, les goulots d'étranglement techniques dans la croissance des cristaux de SiC devraient être surmontés.

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