PAM-XIAMEN может поставить вам пластины 4H-SiC, соответствующие вашим требованиям, со спецификациями, указанными вhttps://www.powerwaywafer.com/sic-wafer/sic-wafer-substrate.html.

Управление монокристаллической формой в процессе роста кристаллов SiC представляет собой сложную задачу, включающую выбор нескольких параметров роста и оптимизацию структуры температурного поля, причем эти параметры взаимосвязаны. В настоящее время известно, что основные факторы, влияющие на стабильный рост кристаллической формы карбида кремния, включают полярность затравочного кристалла и внеосевой угол, температуру роста, пересыщение, соотношение Si/C компонентов газовой фазы, давление роста, тип легирования и т. д. Это означает, что то точный контроль кристаллической формы SiC становится более трудным.

1. Влияние стадий роста на стабильность кристаллической структуры 4H-SiC.

На поверхности кристаллов SiC, выращенных методом PVT, характеристики спирального ступенчатого роста можно четко наблюдать с помощью оптической микроскопии, особенно в области вблизи малых плоскостей, как показано на рис. 1. Обычно, чем ближе она к небольшой плоской области, тем тем шире ширина плоскости между ее ступенями. Однако по мере удаления от небольшого плоского участка ширина ступенек постепенно уменьшается или даже исчезает, что связано в основном с углом между касательными линиями в разных положениях и малой плоскостью. В процессе роста кристаллов карбида кремния ступени роста, образующиеся на поверхности затравочных кристаллов, помогают поддерживать зарождение и развитие монокристаллической формы.

Рис. 1. Оптическое изображение поверхности 4H SiC, легированной N.

Го и др. заметил, что, хотя во время роста кристаллов может иметь место фазовый переход, небольшая плоская область последовательно поддерживает рост монокристалла 4H SiC из-за ступенчатого режима роста, поддерживаемого во всей области. Формирование поверхностных ступенек может способствовать зарождению и росту атомов газовой фазы вдоль ступенек или изломов, строго наследуя существующую информацию об укладке ступеней роста и, таким образом, легко поддерживая рост монокристаллов. Помимо обеспечения ступеней роста, ширина плоскости между ступенями также является ключевым фактором, влияющим на стабильный рост кристаллической формы.

Лю и др. отметил, что когда ширина плоскости между ступенями роста меньше диффузионного расстояния атомов газовой фазы, атомы газовой фазы плавно входят на ступень или скручиваются в результате процессов адсорбции и диффузии и наследуют порядок упаковки собственного кристалла. форме, чтобы достичь цели стабильной кристаллической формы. Напротив, когда диффузионное расстояние атомов намного меньше ширины плоскости, атомы газовой фазы склонны к агрегации и образуют двумерное зародышеобразование на плоскости, что приводит к образованию включений политипа 15R или 6H. Можно сделать вывод, что необходимым условием поддержания роста монокристаллической формы карбида кремния является образование поверхностных ступеней, а ключевой момент заключается в контроле ширины плоскости между ступенями. Использование внеосевых затравочных кристаллов и введение легирования могут эффективно уменьшить ширину плоскости между ступенями, подавить поведение ступенчатой ​​агрегации и помочь достичь стабильного роста кристаллов.

2. Влияние типов легирования на стабильность кристаллической структуры 4H-SiC.

Обычно необходимо подготовить подложки монокристалла SiC с низким удельным сопротивлением, чтобы уменьшить потери мощности, вызванные паразитными подложками и контактным сопротивлением, а также обеспечить надежность устройств SiC. Легирование азотом (N) в качестве мелкой донорной примеси может эффективно улучшить электрические свойства подложек SiC n-типа, занимая решетку C. Хотя теоретическая концентрация легирования азотом может достигать 5×10²⁰см^-3, что соответствует кристаллическому удельному сопротивлению 0,005 Ом·см, современные коммерческие монокристаллические подложки 4H SiC n-типа в основном имеют диапазон удельного сопротивления 0,015 ~ 0,025 Ом·см, что соответствует концентрации легирования N 6×10.¹⁸~1,5×10¹⁹см^-3. Это связано с сильным допингом (≥ 10²⁰атомов / см³) может генерировать значительные дефекты упаковки, которые, в свою очередь, изменяют кристаллическую структуру и создают различные дефекты захвата электронов и даже приводят к включениям политипа 3C. Было доказано, что легирование азотом не только улучшает проводимость подложек SiC, но и полезно для стабилизации роста кристаллических форм 4H SiC.

Нисидзава и др. исследовали влияние легирования N на стабильность кристаллической формы 4H-SiC с использованием теории функционала плотности (DFT). Результаты показывают, что легирование может значительно увеличить разницу в энергии упаковки между различными кристаллическими формами, а при легировании N разница в энергии упаковки в плоскости C (E6H-E4H) и (E3C-E4H) намного превышает 0, что указывает на то, что Кристаллическая форма 4H-SiC будет преимущественно зарождаться и расти. Шмитт и др. предоставил три возможных объяснения механизма стабильной кристаллической структуры 4H, легированной N:

1) Легирование N способствует увеличению C-содержащих компонентов в газовой фазе перед границей раздела роста и снижает соотношение Si/C, занимая решетку C на решетке SiC;

2) Реакция между азотом и твердым углеродом образует C2N2 и еще больше увеличивает транспортную способность C;

3) Более высокое содержание азота в газовой фазе способствует подавлению агрегации ступеней и уменьшению ширины плоскости между макроскопическими ступенями.

Видно, что легирование N действительно способствует стабильному росту кристаллической формы 4H SiC, причем эффект легирования также связан с температурой роста. Но контроль концентрации легирования также имеет решающее значение, иначе это приведет к увеличению плотности дислокаций внутри кристалла и индуцирует образование мультитипных включений 3C SiC. Поэтому при выборе концентрации легирования необходимо сбалансировать соотношение между стабильностью кристалла и плотностью дефектов. Рост и др. отметил, что при концентрации легирования более 2×10¹⁹см^-3двойные дефекты упаковки Шокли будут возникать в кристаллической форме 4H SiC. Рекомендуется, чтобы концентрация легирования была ниже 2×10.¹⁹см^-3.

Напротив, в системах, легированных Al, 4H SiC имеет тенденцию больше расти на поверхности затравки Si. Это указывает на то, что выбор полярности затравочного кристалла должен соответствовать типу легирования. Было доказано, что в дополнение к упомянутому выше легированию N и Al легирование Ce также оказывает положительное влияние на стабилизацию кристаллической структуры 4H SiC.

Поскольку Ито и др. впервые предположил в 1994 году, что легирование церием может помочь стабилизировать кристаллическую структуру 4H SiC, о результатах соответствующих исследований сообщалось последовательно. В 2010 году Тимицки и др. ввели легирование церием в кристаллы 4H SiC, выращенные методом PVT, с использованием CeO2 в качестве источника церия. Результаты показывают, что легирование церием может не только способствовать стабильному росту кристаллической формы 4H SiC, но также подавлять коррозию на обратной стороне затравочного кристалла и повышать выход монокристалла. Более того, Racka et al. использовал CeSi2 в качестве источника церия для стабильного выращивания кристаллов 4H SiC на кристаллической плоскости 6H SiC и объяснил основные различия между двумя источниками церия (CeO2 и CeSi2) во время процесса роста. То есть, по сравнению с CeO2, использование CeSi2 в качестве источника церия при тех же условиях получения позволяет получить кристаллы карбида кремния с меньшим удельным электросопротивлением. К сожалению, ни один из них не объяснил причину легирования церием для подавления многотипных дефектов включений. В 2022 году Рачка Шмидт и др. предоставил возможное объяснение, указав, что Ce в газовой фазе может повысить способность N проникать в решетку SiC, тем самым увеличивая соотношение C/Si в компонентах газовой фазы перед границей раздела роста. Очевидно, что это полезно для стабилизации кристаллической формы 4H SiC, а оптимальная концентрация легирования составляет 0,5 мас.%. Если концентрацию легирования еще больше увеличить (1 мас.%), вместо этого это приведет к образованию полиморфных включений.

3. Влияние других факторов на политипическую стабильность 4H-SiC.

В дополнение к различным факторам, упомянутым выше, такие параметры, как скорость роста кристаллов, давление роста, скорость разгерметизации и пересыщение интерфейсного фронта, также в различной степени влияют на стабильность кристаллической структуры 4H-SiC. Какимото и др. провели глобальное моделирование начальной стадии зародышеобразования 4H-SiC, выращенного методом PVT на основе классической термодинамической теории зародышеобразования. Было обнаружено, что разница в свободной энергии, необходимой для зарождения кристаллических форм 4H и 6H SiC, положительно коррелирует с давлением роста. Увеличение давления роста может увеличить разницу в энергии зародышеобразования между двумя кристаллическими формами, тем самым достигая роста одной кристаллической формы 4H SiC. Однако избыточное давление явно препятствует росту кристаллов.

Более того, хотя пересыщение, необходимое для роста кристаллов 4H-SiC, относительно велико, не обязательно лучше иметь более высокое пересыщение. Ян и др. отметил, что чрезмерное пересыщение в процессе роста кристаллических форм 4H-SiC может фактически индуцировать политипные включения в 6H и 15R SiC, особенно на краях кристаллов. Это связано с тем, что разница в свободной энергии зародышеобразования между различными кристаллическими формами минимальна на краю затравочного кристалла, а более низкое пересыщение помогает увеличить разницу в энергии зародышеобразования между кристаллическими формами 4H и 6H SiC, тем самым стабилизируя рост 4H SiC.

Механизм двумерной нуклеации может быть использован для объяснения причин образования многотипных дефектов включений, вызванных чрезмерным пересыщением. При формировании высокой степени пересыщения перед границей раздела роста газофазный материал, адсорбированный на плоскости роста, не успевает мигрировать к ступеньке или закрутке, вызывая взаимную агрегацию между атомами и дальнейшее зарождение и рост, образуя изолированные островки и образование разнотипных включений. Это косвенно указывает на то, что слишком высокая скорость роста явно губительна для получения монокристаллической формы SiC.

В целом, кристаллическая структура 4H-SiC имеет тенденцию к росту в следующих условиях: использование внеосевой поверхности затравочного кристалла C 4H SiC в качестве поверхности роста, регулировка давления в полости и температуры роста для формирования более высокого соотношения C/Si и большего пересыщения. в передней части интерфейса роста. При этом в состав поликристаллического порошка и газофазных компонентов вводятся легированные церием и азотом элементы соответственно, а стабильность полей температуры и воздушного потока вблизи границы роста максимально сохраняется на протяжении всего цикла роста. Чтобы получить более глубокое понимание факторов и механизмов реакции, которые вызывают многотипные дефекты включения, было проведено дальнейшее обсуждение и анализ основных ключевых параметров с термодинамической и кинетической точек зрения.

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, свяжитесь с нами по электронной почте по адресуvictorchan@powerwaywafer.com и powerwaymaterial@gmail.com.