يمكن لـ PAM-XIAMEN أن تزودك برقائق 4H-SiC التي تناسب متطلباتك ومواصفاتك كما هو موجود فيhttps://www.powerwaywafer.com/sic-wafer/sic-wafer-substrate.html.

يعد التحكم في شكل بلوري واحد أثناء عملية نمو بلورات SiC مشكلة معقدة، تتضمن اختيار معلمات نمو متعددة وتحسين بنية مجال درجة الحرارة، وتكون المعلمات مترابطة. تشمل العوامل الرئيسية المعروفة حاليًا بتأثيرها على النمو المستقر لشكل بلورات كربيد السيليكون قطبية بلورة البذور والزاوية خارج المحور، ودرجة حرارة النمو، والتشبع الفائق، ونسبة Si/C لمكونات الطور الغازي، وضغط النمو، ونوع المنشطات، وما إلى ذلك. يصبح التحكم الدقيق في شكل بلورات SiC أكثر صعوبة.

1. تأثير خطوات النمو على استقرار البنية البلورية 4H-SiC

على سطح بلورات SiC المزروعة بطريقة PVT، يمكن ملاحظة خصائص النمو الحلزوني بوضوح من خلال الفحص المجهري الضوئي، خاصة في المنطقة القريبة من المستويات الصغيرة، كما هو موضح في الشكل 1. عادة، كلما كان أقرب إلى منطقة مسطحة صغيرة، كلما اتسع عرض المستوى بين خطواته. ومع ذلك، مع ابتعادها عن المساحة المسطحة الصغيرة، يتناقص عرض الدرجات تدريجيًا أو حتى يختفي، وهو ما يرتبط بشكل أساسي بالزاوية بين خطوط المماس في مواضع مختلفة والمستوى الصغير. أثناء عملية نمو بلورات كربيد السيليكون، تساعد خطوات النمو المتكونة على سطح بلورات البذور في الحفاظ على النواة وتطور شكل بلوري واحد.

الشكل 1: صورة بصرية لسطح N 4H SiC المخدر

قوه وآخرون. لاحظ أنه على الرغم من احتمال وجود سلوك انتقالي أثناء النمو البلوري، إلا أن المنطقة المستوية الصغيرة تحافظ باستمرار على نمو بلوري واحد قدره 4H SiC، وذلك بسبب وضع النمو التدريجي الذي يتم الحفاظ عليه في جميع أنحاء المنطقة. يمكن أن يؤدي تكوين الخطوات السطحية إلى تعزيز نواة ونمو ذرات الطور الغازي على طول الخطوات أو مكامن الخلل، مما يؤدي إلى وراثة معلومات التراص الموجودة لخطوات النمو بشكل صارم، وبالتالي الحفاظ بسهولة على نمو بلوري واحد. بالإضافة إلى توفير خطوات النمو، يعد عرض المستوى بين الخطوات أيضًا عاملاً رئيسيًا يؤثر على النمو المستقر للشكل البلوري.

ليو وآخرون. وأشار إلى أنه عندما يكون عرض المستوى بين خطوات النمو أصغر من مسافة الانتشار لذرات الطور الغازي، تدخل ذرات الطور الغازي بسلاسة إلى الخطوة أو تلتف من خلال عمليات الامتزاز والانتشار وترث ترتيب التراص للبلورة المتأصلة الشكل، من أجل تحقيق هدف الشكل البلوري المستقر. على العكس من ذلك، عندما تكون مسافة الانتشار الذري أصغر بكثير من عرض المستوى، تكون ذرات الطور الغازي عرضة للتجميع وتشكل نواة ثنائية الأبعاد على المستوى، مما يؤدي إلى تضمينات متعددة الأنواع 15R أو 6H. يمكن استنتاج أن الشرط الأساسي للحفاظ على نمو شكل بلوري واحد من كربيد السيليكون هو تكوين درجات سطحية، ويكمن المفتاح في التحكم في عرض المستوى بين الخطوات. يمكن أن يؤدي استخدام بلورات البذور خارج المحور وإدخال المنشطات إلى تقليل عرض المستوى بين الخطوات بشكل فعال، وقمع سلوك تجميع الخطوات، والمساعدة في تحقيق نمو بلوري مستقر.

2. تأثير أنواع المنشطات على استقرار البنية البلورية 4H-SiC

عادة ما يكون من الضروري تحضير ركائز أحادية البلورة من SiC ذات مقاومة منخفضة من أجل تقليل فقدان الطاقة الناجم عن الركائز الطفيلية ومقاومة التلامس، ولضمان موثوقية أجهزة SiC. يمكن لتعاطي المنشطات بالنيتروجين (N) كشوائب ضحلة من المانحين أن يحسن بشكل فعال الخواص الكهربائية لركائز SiC من النوع n عن طريق احتلال الشبكة C. على الرغم من أن تركيز منشطات النيتروجين النظري يمكن أن يصل إلى 5×10²⁰سم^-3، المقابلة لمقاومة بلورية تبلغ 0.005 Ω · سم، فإن الركائز البلورية المفردة التجارية الحالية من النوع n 4H SiC لها نطاق مقاومة يتراوح من 0.015 ~ 0.025 Ω · سم، وهو ما يتوافق مع تركيز المنشطات N البالغ 6 × 10¹⁸~1.5×10¹⁹سم^-3. وذلك لأن المنشطات الثقيلة (≥ 10²⁰ذرات / سم³) يمكن أن تولد أخطاء تراص كبيرة، والتي بدورها تغير البنية البلورية وتولد عيوبًا مختلفة في التقاط الإلكترون، بل وتؤدي إلى شوائب متعددة الأنواع 3C. بالإضافة إلى تحسين موصلية ركائز SiC، فقد ثبت أيضًا أن المنشطات N مفيدة لتحقيق الاستقرار في نمو أشكال بلورات 4H SiC.

نيشيزاوا وآخرون. التحقيق في تأثير المنشطات N على استقرار شكل بلوري 4H-SiC باستخدام نظرية الكثافة الوظيفية (DFT). تشير النتائج إلى أن المنشطات يمكن أن توسع بشكل كبير فرق طاقة التراص بين الأشكال البلورية المختلفة، وتحت المنشطات N، يكون فرق طاقة التراص على المستوى C (E6H-E4H) و(E3C-E4H) أكبر بكثير من 0، مما يشير إلى أن الشكل البلوري 4H-SiC سوف يتنو وينمو بشكل تفضيلي. شميت وآخرون. قدمت ثلاثة تفسيرات محتملة لآلية البنية البلورية المستقرة N-doped 4H:

1) يعزز المنشطات N زيادة المكونات المحتوية على C في الطور الغازي في مقدمة واجهة النمو ويقلل نسبة Si/C عن طريق احتلال الشبكة C على شبكة SiC؛

2) التفاعل بين النيتروجين والكربون الصلب يشكل C2N2 ويعزز قدرة نقل C؛

3) يساعد محتوى النيتروجين العالي في الطور الغازي على قمع تجميع الخطوات وتقليل عرض المستوى بين الخطوات العيانية.

يمكن ملاحظة أن المنشطات N تساهم بالفعل في النمو المستقر لشكل بلوري 4H SiC ، ويرتبط تأثير المنشطات أيضًا بدرجة حرارة النمو. لكن التحكم في تركيز المنشطات أمر بالغ الأهمية أيضًا، وإلا فإنه سيؤدي إلى زيادة في كثافة التفكك داخل البلورة ويحفز توليد شوائب متعددة الأنواع من 3C SiC. لذلك، عند اختيار تركيز المنشطات، من الضروري موازنة العلاقة بين ثبات البلورة وكثافة الخلل. روست وآخرون. وأشار إلى أنه عندما يكون تركيز المنشطات أكبر من 2×10¹⁹سم^-3، سوف تحدث أخطاء التراص المزدوجة Shockley في شكل بلوري 4H SiC. يوصى بأن يكون تركيز المنشطات أقل من 2×10¹⁹سم^-3.

على العكس من ذلك، بالنسبة لأنظمة Al doped، يميل 4H SiC إلى النمو أكثر على سطح البذرة Si. يشير هذا إلى أن اختيار قطبية بلورة البذور يحتاج إلى مطابقة نوع المنشطات. بالإضافة إلى منشطات N وAl المذكورة أعلاه، ثبت أيضًا أن منشطات Ce لها تأثير إيجابي على تثبيت البنية البلورية 4H SiC.

منذ إيتو وآخرون. تم اقتراحه لأول مرة في عام 1994 أن منشطات Ce قد تساعد في استقرار البنية البلورية 4H SiC، وقد تم الإبلاغ عن نتائج الأبحاث ذات الصلة على التوالي. في عام 2010، تيميكي وآخرون. أدخل منشطات Ce إلى بلورات 4H SiC المزروعة بطريقة PVT، مع CeO2 كمصدر للسيريوم. تشير النتائج إلى أن تعاطي المنشطات Ce لا يمكنه فقط تعزيز النمو المستقر لشكل بلورات 4H SiC، ولكن أيضًا يمنع التآكل على الجزء الخلفي من بلورة البذور ويحسن إنتاجية البلورة الفردية. وعلاوة على ذلك، راكا وآخرون. استخدم CeSi2 كمصدر للسيريوم لتنمية بلورات 4H SiC بشكل ثابت على المستوى البلوري 6H SiC، وشرح الاختلافات الرئيسية بين مصدري السيريوم (CeO2 وCeSi2) أثناء عملية النمو. أي أنه بالمقارنة مع CeO2، فإن استخدام CeSi2 كمصدر للسيريوم تحت نفس ظروف التحضير يساعد في الحصول على بلورات كربيد السيليكون ذات مقاومة كهربائية أقل. لسوء الحظ، لم يقدم أي منهم سببًا لتعاطي المنشطات Ce لقمع عيوب التضمين المتعددة الأنواع. في عام 2022، راكا سميت وآخرون. قدم تفسيرًا محتملاً، مشيرًا إلى أن Ce في الطور الغازي يمكن أن يعزز قدرة N على دخول شبكة SiC، وبالتالي زيادة نسبة C / Si في مكونات الطور الغازي في مقدمة واجهة النمو. ومن الواضح أن هذا مفيد لتحقيق الاستقرار في شكل بلورة 4H SiC وتركيز المنشطات الأمثل هو 0.5٪ بالوزن. إذا تم زيادة تركيز المنشطات بشكل أكبر (1٪ بالوزن)، فإنه بدلاً من ذلك سيحفز شوائب متعددة الأشكال.

3. تأثير العوامل الأخرى على الاستقرار المتعدد الأنماط لـ 4H-SiC

بالإضافة إلى العوامل المختلفة المذكورة أعلاه، تؤثر المعلمات مثل معدل نمو البلورات وضغط النمو ومعدل إزالة الضغط والتشبع الفائق للواجهة الأمامية أيضًا على استقرار البنية البلورية 4H-SiC بدرجات متفاوتة. كاكيموتو وآخرون. أجرى محاكاة عالمية لمرحلة النواة الأولية لـ 4H-SiC المزروعة بطريقة PVT بناءً على نظرية النواة الديناميكية الحرارية الكلاسيكية. لقد وجد أن الاختلاف في الطاقة الحرة المطلوبة لنواة أشكال بلورات 4H و6H SiC يرتبط بشكل إيجابي بضغط النمو. يمكن أن تؤدي زيادة ضغط النمو إلى زيادة الفرق في طاقة النواة بين الشكلين البلوريين، وبالتالي تحقيق نمو شكل بلوري واحد من 4H SiC. ومع ذلك، من الواضح أن الضغط المفرط يعيق نمو البلورات.

علاوة على ذلك، على الرغم من أن التشبع الفائق المطلوب لنمو بلورات 4H-SiC مرتفع نسبيًا، إلا أنه ليس من الأفضل بالضرورة الحصول على تشبع فائق أعلى. يانغ وآخرون. أشار إلى أن التشبع المفرط أثناء عملية نمو الأشكال البلورية 4H-SiC يمكن أن يؤدي في الواقع إلى حدوث شوائب متعددة الأنواع في 6H و15R SiC، خاصة عند الحواف البلورية. وذلك لأن الاختلاف في الطاقة الخالية من النواة بين الأشكال البلورية المختلفة يكون ضئيلًا عند حافة بلورة البذرة، ويساعد انخفاض التشبع الفائق على زيادة الفرق في طاقة النواة بين أشكال بلورات 4H و6H SiC، وبالتالي تثبيت نمو 4H SiC.

يمكن استخدام آلية النواة ثنائية الأبعاد لشرح أسباب تكوين عيوب التضمين متعددة الأنواع الناتجة عن فرط التشبع. عندما تتشكل درجة عالية من التشبع الفائق في الجزء الأمامي من واجهة النمو، فإن مادة الطور الغازي الممتزة على مستوى النمو ليس لديها الوقت الكافي للانتقال إلى الخطوة أو الالتواء، مما يتسبب في التجميع المتبادل بين الذرات ومزيد من النواة والنمو، وتشكيل جزر معزولة وتحفيز الادراج متعددة الأنواع. يشير هذا بشكل غير مباشر إلى أن معدل النمو السريع جدًا يضر بشكل واضح بإعداد شكل بلوري واحد من SiC.

بشكل عام، يميل الهيكل البلوري 4H-SiC إلى النمو في البيئة التالية: استخدام سطح كريستال C لبذور 4H SiC خارج المحور كسطح نمو، وضبط ضغط التجويف ودرجة حرارة النمو لتكوين نسبة C/Si أعلى وتشبع فائق أكبر في الجزء الأمامي من واجهة النمو. في الوقت نفسه، يتم إدخال عناصر السيريوم والنيتروجين المخدرة في مكونات المسحوق متعدد البلورات والطور الغازي على التوالي، ويتم الحفاظ على استقرار مجالات درجة الحرارة وتدفق الهواء بالقرب من واجهة النمو قدر الإمكان طوال دورة النمو بأكملها. من أجل الحصول على فهم أعمق للعوامل وآليات الاستجابة التي تحفز عيوب التضمين متعددة الأنواع، تم إجراء مزيد من المناقشة والتحليل حول المعلمات الرئيسية الرئيسية من وجهات النظر الديناميكية الحرارية والحركية.

لمزيد من المعلومات، يرجى الاتصال بنا على البريد الإلكترونيvictorchan@powerwaywafer.com و powerwaymaterial@gmail.com.