単結晶 3C-SiC 基板は次の仕様で供給できます。https://www.powerwaywafer.com/3c-sic-wafer.html.
炭化ケイ素（SiC）は、広いバンドギャップ、高い破壊電界強度、高い飽和電子ドリフト率、高い熱伝導率などの優れた特性を有しており、新エネルギー自動車、太陽光発電、5G通信などの分野で重要な用途を有しています。 広く使用されている 4H-SiC と比較して、立方晶 SiC (3C SiC) はキャリア移動度が高く (2 ～ 4 倍)、界面欠陥状態密度が低く (1 桁低く)、電子親和力が高く (3.7 eV) あります。 3C-SiC を使用して電界効果トランジスタを作製すると、複数のゲート酸素界面欠陥によって引き起こされるデバイスの信頼性低下の問題を解決できます。 しかし、主に単結晶基板の不足により、3C-SiC ベースのトランジスタの進歩は遅れています。 これまでの研究で、3C-SiC は成長中に相転移しやすく、既存の成長方法では単一の結晶形の結晶を得ることができないことが示されています。
1. TSSGを介して4H-SiC上に成長した3C-SiCの安定成長
古典的な結晶成長理論によれば、滑らかな界面結晶の場合、均質な二次元核生成は、臨界ギブズ自由エネルギーまたは過飽和が存在する臨界ポテンシャル障壁を克服する必要があるが、成長はどんな小さな過飽和でも起こり得る。 不均一核生成の場合、新しい固体-固体界面エネルギーの導入により、二次元核生成はより高い臨界ポテンシャル障壁を克服する必要があります。 したがって、同じ過飽和下では、均一な核生成と成長は、不均一な核生成と成長よりもエネルギーの点で大幅に優れており、後者の核生成と成長が起こりにくくなります。
最近、研究チームは、固液界面エネルギーを制御して、均質な種結晶よりも不均質な種結晶での核生成と成長を優先させるという学術的なアイデアを提案しました。 主に以下が含まれます:
１）３Ｃ（１１１）溶融物表面と４Ｈ（０００１）溶融物表面との間の格子不整合は小さく、固体－固体界面エネルギーは非常に低い。
2) 4H バルク相と 3C バルク相の間のギブズ自由エネルギーの差は比較的小さい。
3) 溶融組成を調整することにより、3C (111) – 溶融体の界面エネルギーが 4H (0001) – 溶融体の界面エネルギーに比べて十分に低い場合、二次元核生成とその後のギブズ自由エネルギーの成長は 3C にとってより有利になります。段階。
チームは、超高温溶融物の表面張力と固液接触角の試験装置を独自に設計および構築しました。 異なる組成の溶融物の表面張力と溶融物と 4H-SiC、3C-SiC の間の接触角を高温で測定し、4H-SiC、3C-SiC と高溶融物の間の固液界面エネルギーの変動則を測定しました。融解温度が得られ、界面エネルギー制御の実現可能性が検証されました。 研究チームは、高温液相法を利用して、同じ過飽和条件下で 3C-SiC のギブズ自由エネルギー要件を低く抑え、成長中の相転移を抑制しました。 世界で初めて、図1に示すような直径2～4インチ、厚さ4～10mmの単結晶形の3C-SiC単結晶が成長しました。
図 1 TSSG 法を使用して、4H-SiC 種結晶上で 2 ～ 4 インチ、厚さ 4 ～ 10 mm の 3C-SiC の不均一核生成と安定した結晶成長が達成されました
2. TSSG で成長させた 3C-SiC 単結晶の特性
結晶の厚さ方向に沿ったラマン散乱分光測定は、成長の開始時に 3C-SiC が核を生成し、4H-SiC 種結晶上で成長し、共存ゾーンが 20μm 未満であることを示しています。 図 2 (ab) は、上記の理論をさらに裏付けています。 （１１１）成長面におけるＸ線ロッキングカーブの平均半値幅は３０秒角であり、成長した３Ｃ ＳｉＣが高い結晶品質を有することを示している。 3C SiC単結晶の室温抵抗率はわずか0.58mΩ・cmで、市販の4H-SiCウェハ抵抗率（15～28mΩ・cm）の1/40であり、デバイスのエネルギー損失の低減が期待されています。
図2 3C-SiCの結晶構造の決定。 a) (111) 成長表面から 20 個のラマン散乱スペクトルをランダムに選択します。挿入図は結晶上のテスト ポイントの分布を示しています。 b) 結晶厚さ方向に沿ったラマン散乱スペクトル。 c) 300Kで測定したフォトルミネッセンス(PL)スペクトル。 d）高角度環状暗視野走査型透過電子顕微鏡（HAADF-STEM）画像。 この図は、[110] 結晶バンド軸に沿った制限視野電子回折 (SAED) パターンを示しています。
ウェーハレベルの 3C-SiC 単結晶の成長は世界的なギャップを埋め、3C-SiC 結晶の大量生産を可能にし、高性能パワー エレクトロニクス デバイスの開発に新たな機会をもたらします。 一方、均質な種結晶と比較して、不均質な種結晶上での優先的な核生成と成長のメカニズムは、従来の結晶成長理論を拡張します。
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