단결정 3C-SiC 기판은 다음과 같은 사양으로 공급될 수 있습니다.https://www.powerwaywafer.com/3c-sic-wafer.html.

탄화규소(SiC)는 넓은 밴드갭, 높은 항복 전계 강도, 높은 포화 전자 표류율, 높은 열전도율 등 우수한 특성을 가지며 신에너지 자동차, 광전지, 5G 통신 등의 분야에서 중요한 응용 분야를 가지고 있습니다. 널리 사용되는 4H-SiC와 비교하여 입방형 SiC(3C SiC)는 더 높은 캐리어 이동도(2~4배), 더 낮은 인터페이스 결함 상태 밀도(10배 더 낮음) 및 더 높은 전자 친화도(3.7eV)를 갖습니다. 전계 효과 트랜지스터를 준비하기 위해 3C-SiC를 사용하면 다중 게이트 산소 인터페이스 결함으로 인한 장치 신뢰성 저하 문제를 해결할 수 있습니다. 그러나 3C-SiC 기반 트랜지스터의 발전은 주로 단결정 기판의 부족으로 인해 더디다. 이전 연구에서는 3C-SiC가 성장 중에 상전이를 일으키기 쉽고 기존 성장 방법으로는 단결정 형태의 결정을 얻을 수 없는 것으로 나타났습니다.

1. TSSG를 통해 4H-SiC 위에 성장한 3C-SiC의 안정적인 성장

고전적인 결정 성장 이론에 따르면 매끄러운 경계면 결정의 경우 균질한 2차원 핵 생성은 임계 깁스 자유 에너지 또는 과포화의 존재와 함께 임계 전위 장벽을 극복해야 하며 성장은 작은 과포화에서도 발생할 수 있습니다. 이종 핵 생성의 경우 새로운 고체-고체 계면 에너지의 도입으로 인해 2차원 핵 생성은 더 높은 임계 전위 장벽을 극복해야 합니다. 따라서 동일한 과포화 상태에서는 균일한 핵생성과 성장이 이종성 핵생성 및 성장보다 에너지 측면에서 훨씬 우수하여 후자가 발생하기 어렵습니다.

최근 한 연구팀은 균질한 종자결정보다 이질적인 종자결정의 핵생성과 성장을 우선시하기 위해 고체-액체 계면 에너지를 조절하는 학문적 아이디어를 제안했다. 주로 다음을 포함합니다:

1) 3C(111)-용융 표면과 4H(0001)-용융 표면 사이의 격자 불일치가 작고 고체-고체 계면 에너지가 매우 낮습니다.

2) 4H와 3C 벌크 상 사이의 깁스 자유 에너지 차이는 상대적으로 작습니다.

3) 용융 조성을 조정하여 3C(111) – 용융물의 계면 에너지가 4H(0001) – 용융물의 계면 에너지에 비해 충분히 낮은 경우, 2차원 핵생성과 이에 따른 Gibbs 자유 에너지의 성장은 3C에 더 유리합니다. 단계.

팀은 초고온 용융물의 표면 장력 및 고액 접촉각에 대한 테스트 장비를 독립적으로 설계하고 구축했습니다. 고온에서 서로 다른 조성의 용융물의 표면장력과 용융물과 4H-SiC, 3C-SiC 사이의 접촉각을 측정하였고, 4H-SiC, 3C-SiC와 고온에서 고액 계면 에너지의 변화 법칙을 측정하였다. 온도 용융이 얻어져 인터페이스 에너지 조절의 타당성을 검증했습니다. 연구팀은 고온 액상 방법을 활용하여 동일한 과포화 조건에서 3C-SiC에 대한 더 낮은 깁스 자유 에너지 요구 사항을 달성하고 성장 중 상 전이를 억제했습니다. 국제적으로는 처음으로 그림 1과 같이 직경 2~4인치, 두께 4~10mm, 단결정 형태의 3C-SiC 단결정이 성장됐다.

그림 1 TSSG 방법을 사용하여 4H-SiC 종자정에서 2~4인치, 4~10mm 두께의 3C-SiC의 이종 핵생성과 안정적인 결정 성장이 달성되었습니다.

2. TSSG 성장 3C-SiC 단결정의 특성

결정 두께 방향에 따른 라만 산란 분광학 측정은 성장 초기에 3C-SiC가 핵을 생성하고 4H-SiC 종자 결정에서 성장하며 공존 영역이 20μm 미만임을 나타냅니다. 그림 2(ab)는 위의 이론을 더욱 확증합니다. (111) 성장 표면의 X선 요동 곡선의 평균 반값 폭은 30 arcsec로, 성장한 3C SiC의 결정 품질이 높음을 나타냅니다. 3C SiC 단결정의 상온 저항률은 0.58mΩ·cm에 불과해 상용 4H-SiC 웨이퍼 저항률(15~28mΩ·cm)의 1/40에 불과해 소자의 에너지 손실을 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

그림 2 3C-SiC 결정 구조 결정. a) (111) 성장 표면에서 20개의 라만 산란 스펙트럼을 무작위로 선택하고 삽입된 그림은 결정의 테스트 지점 분포를 보여줍니다. b) 결정 두께 방향을 따른 라만 산란 스펙트럼. c) 300K에서 측정된 광발광(PL) 스펙트럼. d) 고각 환상 암시야 주사 투과 전자 현미경(HAADF-STEM) 이미지. 그림은 [110] 결정 밴드 축을 따라 선택된 영역 전자 회절(SAED) 패턴을 보여줍니다.

웨이퍼 레벨 3C-SiC 단결정의 성장은 글로벌 격차를 메워 3C-SiC 결정의 대량 생산을 가능하게 하고 고성능 전력전자소자 개발을 위한 새로운 기회를 제공합니다. 한편, 균질한 종자 결정에 비해 이종 종자 결정의 우선적인 핵 생성 및 성장 메커니즘은 전통적인 결정 성장 이론을 확장합니다.

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