High purity SiC (silicon carbide) substrate, which is for microwave device and graphene epitaxial growth, can be provided by PAM-XIAMEN – a SiC substrate supplier. Among all the usages, epitaxial graphene growth on high-purity semi-insulating silicon carbide substrate is expected to produce high-performance graphene integrated circuits, which is currently a hot spot in international research and development. For Graphene Growth, HPSI SiC wafer need corresponding quality to make sure quality. 100 mm diameter silicon carbide sheet should meet the following technical requirements:

1. Technical Requirements for Epitaxial Graphene on Silicon Carbide

• 100% Semi-insulating SiC wafers of 100 mm diameter with minimum crystal defects,MPD<5/cm²;
• 100% high-purity on-axis type single-crystal 4H-SiC(0001) with no intentional doping;
• Surface orientée parallèlement au plan cristallin (0001) à 0,10 degré près ;
• La surface SiC (0001) est un substrat poli Epi-Ready sur lequel le graphène peut être cultivé ;
• L'arc de la plaquette mesure moins de 25 micromètres pour chaque plaquette.

Plaquette HPSI SiC pour la croissance du graphène

2. Processus de préparation du carbure de silicium semi-isolant de haute pureté

La méthode PVT peut être utilisée pour cultiver un substrat HPSI SiC. Afin de préparer du carbure de silicium non conducteur à haute résistance (type semi-isolant), il est nécessaire d'ajouter de l'impureté vanadium (V) pendant la croissance. Le vanadium peut générer des électrons et des trous, de sorte que les électrons qu'il génère peuvent neutraliser le bore et l'aluminium. Les trous générés neutralisent les électrons générés par l'azote, de sorte que la plaquette de carbure de silicium cultivée n'a presque pas d'électrons ni de trous libres, formant une plaquette non conductrice à haute résistance, c'est-à-direSiC cubique semi-isolant de haute puretésubstrat. Le processus de dopage du vanadium sur substrat SiC est compliqué, de sorte que le carbure de silicium semi-isolant est difficile à préparer et le coût est élevé. Ces dernières années, il existe une méthode permettant d'obtenir un substrat semi-isolant en 4H-SiC à haute résistance par défauts ponctuels.

Une autre méthode de croissance de cristaux de carbure de silicium est le dépôt chimique en phase vapeur à haute température (HTCVD). Il utilise une source de carbone gazeux de haute pureté et une source de silicium pour synthétiser des molécules de carbure de silicium à environ 2 200 ℃, puis se condenser et croître sur le germe cristallin. Le taux de croissance est généralement d'environ 0,5 à 1 mm/h, ce qui est légèrement supérieur à celui de la méthode PVT. Les dopants de type N ou de type P ne sont pas ajoutés pendant la croissance du substrat SiC, la tranche de 4H-SiC cultivée est un semi-conducteur semi-isolant de haute pureté (HPSI). De plus, la plaquette HPSI SiC a une concentration en porteurs allant de 3,5×10¹³à 8×10¹⁵/cm³et a une mobilité électronique relativement élevée.

3. Croissance épitaxiale du graphène de qualité électronique sur substrat SiC

La décomposition thermique est un bon moyen d’obtenir une croissance épitaxiale du graphène sur du carbure de silicium. Il peut se développer sur le plan Si ou le plan C en raison des propriétés du substrat SiC. La méthode d'épitaxie SiC pour la préparation du graphène est devenue la préparation de graphène la plus industrialisée car la méthode est simple et contrôlable et permet d'obtenir du graphène de haute qualité sur de grandes surfaces. Par conséquent, la méthode de croissance épitaxiale du graphène sur un substrat SiC semi-isolant de haute pureté est considérée comme la méthode la plus prometteuse. Le mécanisme de formation est le suivant :

Chauffez la surface de la surface en carbone (0001) ou la surface en silicium (0001) du substrat de plaquette 4H-SiC/6H-SiC dans un environnement sous vide poussé à environ 1 600 ℃. Une fois les atomes de silicium entièrement sublimés, une couche d’atomes de carbone amorphes reste à la surface. En maintenant cette température, ces atomes de carbone se restructureront sur la surface de la plaquette de SiC du substrat en mode sp pour former du graphène. En utilisant cette méthode de croissance épitaxiale, il est possible d'obtenir du graphène de meilleure qualité et de plus grande taille sur un substrat SiC.

4. Questions et réponses sur la plaquette SiC

Q :Quelle est la pureté habituelle de vos plaquettes SiC ?
UN:La pureté régulière de la plaquette de carbure de silicium est de 5N-6N.

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