단계적 성장이 실리콘 카바이드 결함을 감소시킨다는 주제를 이야기할 때, 실리콘 카바이드의 성장 과정을 논의할 필요가 있습니다.탄화 규소 단결정. PVT 또는 HTCVD 방법에 의한 탄화규소 단결정의 성장 과정에는 기체-고체 상전이가 포함됩니다. 따라서 성장에는 섬 성장(Volmer-Weber, VW), 계층적 성장(Frankvander-Merwe, FM), 혼합 성장(Stranski-Krasannov, SK)이라는 3가지 모드가 있습니다.
왜 성장 모드가 3가지인가요? 그 이유는 퇴적된 가스 원자와 퇴적된 가스 원자의 역할, 그리고 퇴적된 가스 원자와 기질 원자의 역할이라는 두 가지 효과의 균형 때문입니다.
- 섬성장: 퇴적원자와 기질원자의 역할 <퇴적원자와 퇴적원자의 역할;
- 층상성장: 퇴적원자와 기질원자의 역할> 퇴적원자와 퇴적원자의 역할;
- 혼합 성장: 첫 번째 레이어 성장, 그 다음 아일랜드 성장.
성장 모드는 아래 그림과 같습니다.
섬 성장은 4H-SiC 위에 3C-SiC를 성장시키기 쉽습니다. 실리콘 카바이드의 결함을 방지하기 위해서는 층상 성장으로 성장을 제어해야 합니다. 그러나 순수한 탄소-실리콘 이중층은 혼합 성장을 겪게 됩니다. 처음에는 층상 성장을 하더라도 나중에 다른 유형의 탄화규소 단결정에서 결함이 성장하기 시작합니다.
그 이유는 미시적으로 분석할 수 있는데, 증착된 가스 원자를 육면체로 간주하면 기판 조각의 표면은 접촉면 수에 따라 테라스, 계단 및 꼬임으로 구분됩니다. 세 가지 모두 TLK 구조라고 합니다.
- 메사와 증착된 원자 사이의 접촉 표면은 1입니다.
- 단차와 증착된 원자 사이의 접촉 표면은 2입니다.
- 꼬임과 증착된 원자 사이의 접촉 표면은 3입니다.
단차의 접촉면은 메사보다 더 크고, 증착된 원자와 기판 원자의 효과가 더 강합니다. 이렇게 하면 증착된 원자와 기판 원자의 역할> 증착된 원자와 증착된 원자의 역할을 구현할 수 있다. 따라서 일반적으로 단결정을 일정한 오프각(off-angle)으로 절단하여 오프각(off-angle)을 갖는 기판이나 종결정을 얻으므로 메사가 단차가 된다.
Step-controlled epitaxy growth of silicon carbide: Use a substrate with an off-angle to the (0001) plane to build more steps, reducing the silicon carbide defects, such as mesa and prevent spontaneous nucleation, then further prevent the formation of 3C-SiC.
Fig. (a) Two-dimensional growth model of 3C-SiC
Fig. (b) 4H-SiC Homoepitaxial Step Flow Growth Model
3C-SiC nucleation will still occur on low-off-angle substrates with a deviation of 4° and below, resulting in triangular defects. Triangular defect = two basal plane dislocations + stacking faults, two basal plane dislocations extend into a hypotenuse, and the middle is a stacking fault, which is easy to directly collapse. To avoid silicon carbide defects, it needs to control temperature, air flow and other conditions.
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