सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल ग्रोथ क्या है?

Approaching SiC | The Principle of Silicon Carbide Crystal Growth

प्रकृति में, क्रिस्टल हर जगह हैं, और उनके वितरण और अनुप्रयोग बहुत व्यापक हैं। और विभिन्न क्रिस्टल में अलग -अलग संरचनाएं, गुण और तैयारी के तरीके हैं। लेकिन उनकी सामान्य विशेषता यह है कि क्रिस्टल में परमाणुओं को नियमित रूप से व्यवस्थित किया जाता है, और एक विशिष्ट संरचना के साथ जाली को तीन-आयामी स्थान में आवधिक स्टैकिंग के माध्यम से बनाया जाता है। इसलिए, क्रिस्टल सामग्री की उपस्थिति आमतौर पर एक नियमित ज्यामितीय आकार प्रस्तुत करती है।

सिलिकॉन कार्बाइड सिंगल क्रिस्टल सब्सट्रेट सामग्री (इसके बाद एसआईसी सब्सट्रेट के रूप में संदर्भित) भी एक प्रकार की क्रिस्टलीय सामग्री है। यह व्यापक बैंडगैप अर्धचालक सामग्री से संबंधित है, और उच्च वोल्टेज प्रतिरोध, उच्च तापमान प्रतिरोध, उच्च आवृत्ति, कम हानि आदि के फायदे हैं। यह उच्च-शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और माइक्रोवेव आरएफ उपकरणों को तैयार करने के लिए एक बुनियादी सामग्री है।

एसआईसी की क्रिस्टल संरचना

SIC एक IV-IV यौगिक अर्धचालक सामग्री है जो 1: 1 के एक स्टोइकोमेट्रिक अनुपात में कार्बन और सिलिकॉन से बना है, और इसकी कठोरता हीरे के लिए दूसरे स्थान पर है।

कार्बन और सिलिकॉन परमाणुओं दोनों में 4 वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं, जो 4 सहसंयोजक बांड बना सकते हैं। Sic क्रिस्टल, Sic Tetrahedron की मूल संरचनात्मक इकाई, सिलिकॉन और कार्बन परमाणुओं के बीच टेट्राहेड्रल संबंध से बाहर निकलता है। सिलिकॉन और कार्बन परमाणुओं दोनों की समन्वय संख्या 4 है, अर्थात् प्रत्येक कार्बन परमाणु में इसके चारों ओर 4 सिलिकॉन परमाणु होते हैं और प्रत्येक सिलिकॉन परमाणु भी इसके चारों ओर 4 कार्बन परमाणु होते हैं।

एक क्रिस्टल सामग्री के रूप में, SIC सब्सट्रेट में परमाणु परतों के आवधिक स्टैकिंग की विशेषता भी होती है। Si-C डायटोमिक परतें [0001] दिशा के साथ खड़ी की जाती हैं। सामान्य पॉलीटाइप में 2H-SIC, 3C-SIC, 4H-SIC, 6H-SIC, 15R-SIC, आदि शामिल हैं, उनमें से, "ABCB" के क्रम में स्टैकिंग अनुक्रम को 4H पॉलीटाइप कहा जाता है। यद्यपि SIC के विभिन्न पॉलीटाइप में एक ही रासायनिक संरचना होती है, उनके भौतिक गुण, विशेष रूप से बैंडगैप की चौड़ाई, वाहक गतिशीलता और अन्य विशेषताएं काफी अलग हैं। और 4H पॉलीटाइप के गुण अर्धचालक अनुप्रयोगों के लिए अधिक उपयुक्त हैं।

2h-sic

4H-सिक

6H-सिक

तापमान और दबाव जैसे विकास पैरामीटर विकास प्रक्रिया के दौरान 4H-SIC की स्थिरता को काफी प्रभावित करते हैं। इसलिए, उच्च गुणवत्ता और एकरूपता के साथ एकल क्रिस्टल सामग्री प्राप्त करने के लिए, तैयारी के दौरान वृद्धि तापमान, विकास दबाव और विकास दर जैसे मापदंडों को सटीक रूप से नियंत्रित किया जाना चाहिए।

SIC की तैयारी विधि: भौतिक वाष्प परिवहन विधि (PVT)

वर्तमान में, सिलिकॉन कार्बाइड की तैयारी के तरीके भौतिक वाष्प परिवहन विधि (PVT) oper उच्च तापमान रासायनिक वाष्प जमाव विधि (HTCVD), और तरल चरण विधि (LPE) हैं। और पीवीटी एक मुख्यधारा की विधि है जो औद्योगिक द्रव्यमान उत्पादन के लिए उपयुक्त है।

(ए) एसआईसी बाउल्स के लिए पीवीटी विकास विधि का एक स्केच और 

(बी) आकृति विज्ञान और क्रिस्टल विकास इंटरफ़ेस और स्थितियों के बारे में महान विवरणों की छवि के लिए पीवीटी विकास का 2 डी विज़ुअलाइज़ेशन

पीवीटी वृद्धि के दौरान, एसआईसी बीज क्रिस्टल को क्रूसिबल के शीर्ष पर रखा जाता है जबकि स्रोत सामग्री (एसआईसी पाउडर) को नीचे में रखा जाता है। उच्च तापमान और कम दबाव के साथ एक संलग्न वातावरण में, एसआईसी पाउडर सबमेट करता है, और फिर तापमान ढाल और एकाग्रता अंतर के प्रभाव के तहत बीज के पास अंतरिक्ष में ऊपर की ओर ले जाता है। और यह सुपरसैचुरेटेड राज्य तक पहुंचने के बाद पुन: क्रिस्टलीय होगा। इस विधि के माध्यम से, SIC क्रिस्टल के आकार और पॉलीटाइप को नियंत्रित किया जा सकता है।

हालांकि, पीवीटी विधि को पूरी वृद्धि प्रक्रिया में उचित विकास की स्थिति बनाए रखने की आवश्यकता होती है, अन्यथा यह जाली विकार को जन्म देगा और अवांछित दोषों का निर्माण करेगा। इसके अलावा, एसआईसी क्रिस्टल की वृद्धि सीमित निगरानी विधियों और कई चर के साथ एक संलग्न स्थान में पूरी होती है, इस प्रकार प्रक्रिया का नियंत्रण मुश्किल है।

एकल क्रिस्टल विकसित करने के लिए मुख्य तंत्र: कदम प्रवाह वृद्धि

पीवीटी विधि द्वारा एसआईसी क्रिस्टल को बढ़ाने की प्रक्रिया में, स्टेप फ्लो ग्रोथ को एकल क्रिस्टल बनाने के लिए मुख्य तंत्र के रूप में माना जाता है। वाष्पीकृत एसआई और सी परमाणु अधिमानतः कदमों और किंक पर क्रिस्टल की सतह पर परमाणुओं के साथ अधिमानतः बंध जाएंगे, जहां वे न्यूक्लिएट और बढ़ेंगे, ताकि प्रत्येक चरण समानांतर में आगे बढ़े। जब विकास की सतह पर प्रत्येक चरण के बीच की चौड़ाई adsorbed परमाणुओं के प्रसार मुक्त पथ से कहीं अधिक होती है, तो बड़ी संख्या में adsorbed परमाणु एग्लोमरेट हो सकते हैं, और दो-आयामी द्वीप का निर्माण कर सकते हैं, जो चरण प्रवाह विकास मोड को नष्ट कर देगा, जिसके परिणामस्वरूप 4H के बजाय अन्य पॉलीटाइप्स का गठन होगा। इसलिए, प्रक्रिया मापदंडों के समायोजन का उद्देश्य विकास की सतह पर कदम संरचना को नियंत्रित करना है, ताकि अवांछित पॉलीटाइप के गठन को रोकने के लिए, और 4H एकल क्रिस्टल संरचना प्राप्त करने के लक्ष्य को प्राप्त करना, और अंत में उच्च-गुणवत्ता वाले क्रिस्टल तैयार करना।

SIC सिंगल क्रिस्टल के लिए स्टेप फ्लो ग्रोथ

क्रिस्टल की वृद्धि उच्च गुणवत्ता वाले SIC सब्सट्रेट को तैयार करने के लिए सिर्फ पहला कदम है। उपयोग किए जाने से पहले, 4H-SIC INGOT को स्लाइसिंग, लैपिंग, beveling, पॉलिशिंग, सफाई और निरीक्षण जैसी प्रक्रियाओं की एक श्रृंखला से गुजरने की आवश्यकता होती है। एक कठिन लेकिन भंगुर सामग्री के रूप में, SIC सिंगल क्रिस्टल में वेफरिंग चरणों के लिए उच्च तकनीकी आवश्यकताएं भी हैं। प्रत्येक प्रक्रिया में उत्पन्न किसी भी क्षति में कुछ आनुवंशिकता हो सकती है, अगली प्रक्रिया में स्थानांतरण हो सकता है और अंत में उत्पाद की गुणवत्ता को प्रभावित कर सकता है। इसलिए, एसआईसी सब्सट्रेट के लिए कुशल वेफरिंग तकनीक भी उद्योग का ध्यान आकर्षित करती है।