Te Tipu Tere o te SiC Kotahi Kiriata Ma te whakamahiCVD-SiC NuiPūtake mā te Tikanga Sublimation
Ma te whakamahi hangaruaPoroka CVD-SiChei puna SiC, i pai te tipu o nga tioata SiC i te tere o te 1.46 mm / h na roto i te tikanga PVT. E tohu ana te paipa moroiti o te kiriata tupuna me te kiato wehenga ahakoa te tere o te tipu, he pai te kounga o te karaihe.
Silicon carbide (SiC)he momo hikoi whanui-bandgap me nga taonga pai mo nga tono i roto i te ngaohiko teitei, te kaha teitei, me te auau teitei. Kua tere te tipu o tana hiahia i roto i nga tau tata nei, ina koa i roto i te waahanga hiko hiko. Mo nga tono semiconductor hiko, ka whakatipuhia nga kiripiri kotahi SiC ma te whakaheke i te puna SiC tino parakore i te 2100–2500°C, ka whakamau ki runga i te karaihe kakano ma te whakamahi i te tikanga kawe kohu tinana (PVT), ka whai i te tukatuka kia whiwhi i nga taputapu karaihe kotahi i runga i nga angiangi. . I nga wa o mua,Kiriata SiCka tipuhia ma te whakamahi i te tikanga PVT i te tere o te tipu o te 0.3 ki te 0.8 mm/h ki te whakahaere i te tioata, he tino puhoi ki te whakataurite ki etahi atu rauemi karaihe kotahi e whakamahia ana i roto i nga tono semiconductor. I te wa e tipuhia ana nga kiripiri SiC i nga reiti tipu nui ma te whakamahi i te tikanga PVT, ko te whakahekenga o te kounga tae atu ki te whakauru waro, te whakaiti i te ma, te tipu polycrystalline, te hanganga o te rohe o te witi, me te whakahekenga me te porosity kaore i whakakorehia. Na reira, kaore i whakawhanakehia te tipu tere o te SiC, a, ko te tere o te tipu o te SiC he tino raruraru ki te hua o nga taputapu SiC.
I tetahi atu taha, ko nga purongo o tata nei mo te tipu tere o te SiC kei te whakamahi i nga tikanga whakahekenga matū matū teitei (HTCVD) kaua ki te tikanga PVT. Ko te tikanga HTCVD he kohu kei roto Si me C hei puna SiC i roto i te reactor. Kaore ano te HTCVD i whakamahia mo te hanga nui-nui o SiC me te hiahia rangahau me te whakawhanaketanga mo te hokohoko. He mea whakamiharo, ahakoa i te tere o te tipu o te ~ 3 mm / h, ka taea te tipu o nga kiripiri kotahi SiC me te kounga karaihe pai ma te whakamahi i te tikanga HTCVD. I tenei wa, kua whakamahia nga waahanga SiC i roto i nga tukanga semiconductor i raro i nga taiao kino e hiahia ana ki te whakahaere i nga tukanga parakore. Mo nga tono tukanga semiconductor, ∼99.9999% (∼6N) parakore nga wahanga SiC ka mahia e te tukanga CVD mai i te methyltrichlorosilane (CH3Cl3Si, MTS). Engari, ahakoa te tino ma o nga waahanga CVD-SiC, kua makahia i muri i te whakamahinga. I tata nei, ko nga waahanga CVD-SiC kua whakakorehia kua whakaarohia hei puna SiC mo te tipu karaihe, ahakoa ko etahi o nga tukanga whakaora tae atu ki te kuru me te purenga e hiahiatia tonu ana ki te whakatutuki i nga hiahia nui o te puna tipu karaihe. I roto i tenei rangahau, i whakamahia e matou nga poraka CVD-SiC kua whakakorehia hei hangarua i nga rawa hei puna mo te whakatipu tioata SiC. Ko nga poraka CVD-SiC mo te tipu karaihe kotahi i whakaritea hei poraka kuru e whakahaeretia ana e te rahi, he rereke te ahua me te rahi i whakaritea ki te paura SiC arumoni e whakamahia nuitia ana i roto i te tukanga PVT, no reira ko te ahua o te tipu o te karaihe kotahi SiC i whakaarohia kia tino nui. rerekē. I mua i te whakahaere i nga whakamatautau tipu karaihe kotahi a SiC, i mahia nga whaihanga rorohiko ki te whakatutuki i nga reiti tipu teitei, a ka whirihorahia te rohe wera mo te tipu karaihe kotahi. Whai muri i te tipu o te karaihe, ka arotakehia nga tioata tipu e te tomography-wahanga, te moroiti-Raman spectroscopy, te whakamaarama X-ray taumira teitei, me te topography X-ray kurupae ma synchrotron.
Ko te ahua 1 e whakaatu ana i te puna CVD-SiC i whakamahia mo te tipu PVT o nga tioata SiC i roto i tenei rangahau. I whakaahuatia i roto i te whakataki, i whakahiatohia nga waahanga CVD-SiC mai i a MTS e te tukanga CVD me te hanga mo te whakamahi semiconductor ma te tukatuka miihini. N i doped i roto i te tukanga CVD ki te whakatutuki i te kawe mo nga tono tukanga semiconductor. I muri i te whakamahinga i roto i nga tukanga semiconductor, ka pakaruhia nga waahanga CVD-SiC ki te whakarite i te puna mo te tipu o te karaihe, e whakaatuhia ana i te Whakaahua 1. Ko te puna CVD-SiC i whakaritea hei pereti me te matotoru toharite o ~0.5 mm me te rahi o te matūriki toharite o 49.75 mm.
Whakaahua 1: Ko te puna CVD-SiC kua whakaritea e te tukanga CVD-a-WhM.
Ma te whakamahi i te puna CVD-SiC e whakaatuhia ana i te Whakaahua 1, i whakatipuhia nga tioata SiC e te tikanga PVT i roto i te oumu whakawera whakauru. Hei arotake i te tohatoha o te pāmahana i roto i te rohe wera, i whakamahia te waehere whaihanga arumoni VR-PVT 8.2 (STR, Republic of Serbia). Ko te reactor me te rohe wera i whakatauirahia hei tauira axissymmetric 2D, pera i te Whakaaturanga 2, me tana tauira mata. Ko nga mea katoa e whakamahia ana i roto i te whaihanga e whakaatuhia ana i te Whakaahua 2, a kua whakarārangihia o raatau taonga ki te Ripanga 1. I runga i nga hua o te whaihanga, i whakatipuhia nga tioata SiC ma te whakamahi i te tikanga PVT i te awhe pāmahana o 2250-2350 ° C i roto i te hau Ar i 35 Torr mo te 4 haora. I whakamahia te angiangi 4H-SiC 4° tuaka-waho hei kakano SiC. Ko nga tioata tipu i aromatawaihia e te micro-Raman spectroscopy (Witec, UHTS 300, Germany) me te XRD teitei (HRXRD, X'Pert-PROMED, PANalytical, Netherlands). I aromatawaihia nga kohinga poke i roto i nga kiripiri SiC tipu ma te whakamahi i te hihiko hihiko katote tuarua (SIMS, Cameca IMS-6f, France). I arotakea te kiato wehenga o nga tioata tipu ma te whakamahi i te synchrotron white beam X-ray topography i te Pohang Light Source.
Whakaahua 2: Te hoahoa rohe ngaariki me te tauira mata o te tipu PVT i roto i te oumu whakawera whakauru.
I te mea ka tipu nga tikanga HTCVD me te PVT i nga tioata i raro i te taurite o te wahanga hau-totoka i te tipu o mua, ko te tipu tere angitu o te SiC na te tikanga HTCVD i akiakihia te wero o te tipu tere o te SiC e te tikanga PVT i roto i tenei rangahau. Ko te tikanga HTCVD e whakamahi ana i te puna hau e ngawari ana te rere, i te mea ko te tikanga PVT e whakamahi ana i te puna totoka e kore e whakahaere tika i te rere. Ko te tere rere e whakaratohia ana ki te tipu o mua i roto i te tikanga PVT ka taea te whakahaere i te tere o te whakahekenga o te puna totoka ma te mana tohatoha pāmahana, engari ko te whakahaere tika o te tohatoha pāmahana i roto i nga punaha tipu mahi kaore i te ngawari ki te whakatutuki.
Ma te whakanui ake i te pāmahana puna i roto i te reactor PVT, ka taea te whakanui ake i te tere o te tipu o te SiC ma te whakanui ake i te tere o te whakaheke o te puna. Kia pai ai te tipu o te karaihe, he mea nui te whakahaere i te pāmahana i mua o te tipu. Hei whakanui ake i te tipu o te tipu me te kore e hanga i nga polycrystals, me whakatutukihia he rōnaki teitei-mahana i te tipu o mua, e whakaatuhia ana e te tipu SiC ma te tikanga HTCVD. Ko te kore e tika te kawe wera poutū ki muri o te potae ka tihorea te wera whakaemi i mua o te tipu na roto i te iraruke waiariki ki te mata tupu, ka puta te hanga o nga mata taikaha, ara, te tipu polycrystalline.
Ko nga tukanga whakawhiti papatipu e rua me nga tukanga rerystallization i roto i te tikanga PVT he tino rite ki te tikanga HTCVD, ahakoa he rereke i te puna SiC. Ko te tikanga ka taea ano te tipu tere o te SiC ina he nui te reiti whakaraerae o te puna SiC. Heoi, he maha nga wero ki te whakatutuki i nga kiripiri kotahi SiC i raro i nga tikanga tipu teitei ma te tikanga PVT. Ko nga paura hokohoko he ranunga o nga matūriki iti me te rahi. Na te rereketanga o te kaha o te mata, ko nga matūriki iti he nui te pokenga o te poke me te sublimate i mua i nga matūriki nui, e arai ana ki te nui o te poke i te timatanga o te tipu o te karaihe. I tua atu, i te mea ka pirau te SiC totoka ki nga momo kohu pera i a C me Si, SiC2 me Si2C i te wera nui, ka puta te totoka C ina ka whakahekehia te puna SiC ki te tikanga PVT. Mena he iti, he maamaa hoki te ahua o te totoka C i hangaia, i raro i nga ahuatanga o te tipu tere, ko nga matūriki C iti, e kiia ana ko te "puehu C," ka taea te kawe ki te mata o te karaihe ma te kaha o te whakawhiti papatipu, ka puta mai he whakauru ki roto i te karaihe tipu. Na reira, ki te whakaiti i nga poke whakarewa me te puehu C, me whakahaere te rahi o te matūriki o te puna SiC ki te diameter o te iti iho i te 200 μm, me te tere o te tipu kia kaua e neke atu i te ~ 0.4 mm / h ki te pupuri i te whakawhitinga papatipu puhoi me te whakakore i te maanu. C puehu. Ko nga poke o te konganuku me te puehu C ka arahi ki te paheketanga o nga kiripiri SiC tipu, koinei nga tino aukati i te tipu tere o te SiC ma te tikanga PVT.
I roto i tenei rangahau, i whakamahia nga puna CVD-SiC maru kaore he matūriki iti, ka whakakore i te puehu C maanu i raro i te whakawhitinga papatipu kaha. No reira, i hoahoatia te hanganga rohe waiariki ma te whakamahi i te tikanga PVT-a-te-a-te-a-te-maha-a-raupapa-a-raupapa hei whakatutuki i te tipu tere o te SiC, a ko te tohatoha o te pāmahana me te rōnaki pāmahana e whakaatuhia ana i te Whakaahua 3a.
Whakaatu 3: (a) Te tohatoha pāmahana me te rōnaki pāmahana e tata ana ki te tipu o mua o te reactor PVT i whiwhi mai i te tātari huānga mutunga, me te (b) te tohatoha pāmahana poutū i te raina tuakarite.
Ka whakatauritea ki nga tautuhinga rohe wera angamaheni mo te whakatipu tioata SiC i te tere o te tipu o te 0.3 ki te 0.8 mm/h i raro i te rōnaki pāmahana iti iti iho i te 1 °C/mm, ko nga tautuhinga rohe wera i roto i tenei rangahau he ahua nui te rōnaki pāmahana o ∼ 3.8 °C/mm i te pāmahana tipu o ~2268°C. Ko te uara rōnaki pāmahana i roto i tenei rangahau he rite ki te tipu tere o te SiC i te tere o te 2.4 mm / h ma te whakamahi i te tikanga HTCVD, i reira ka tautuhia te rōnaki pāmahana ki ~14 °C / mm. Mai i te tohatoha pāmahana poutū e whakaatuhia ana i te Whakaahua 3b, i whakapumautia e matou kaore he rōnaki pāmahana whakamuri ka taea te hanga polycrystals i tata ki te tipu o mua, pera i te korero i roto i nga tuhinga.
Ma te whakamahi i te punaha PVT, i tipuhia nga kiripiri SiC mai i te puna CVD-SiC mo nga haora 4, e whakaatuhia ana i nga Whakaahua 2 me te 3. Ko te tipu o te karaihe SiC mai i te SiC kua tipu kei te Whakaatu 4a. Ko te matotoru me te tere o te tipu o te karaihe SiC e whakaatuhia ana i te Whakaahua 4a he 5.84 mm me te 1.46 mm / h, ia. Ko te paanga o te puna SiC i runga i te kounga, polytype, morphology, me te ma o te karaihe SiC tipu e whakaatuhia ana i te Whakaahua 4a i tirotirohia, e whakaatuhia ana i nga Whakaahua 4b-e. E whakaatu ana te ahua o te tomography whiti i te Whakaahua 4b i te ahua o te tipu o te karaihe i te ahua o te ahua o te ahua o te ahua o te tipu iti. Heoi, ko te moroiti-Raman spectroscopy i te Whakaahua 4c i tautuhia te karaihe tipu hei waahanga kotahi o te 4H-SiC kaore he whakaurunga polytype. Ko te uara FWHM o te (0004) te tihi i whiwhi mai i te tātaritanga o te ānau toka X-ray he 18.9 archekona, e whakau ana hoki i te kounga karaihe pai.
Whakaatu 4: (a) Ko te kiriata SiC tipu (te tipu o te 1.46 mm/h) me ona hua arotake me te (b) tomography whiti, (c) micro-Raman spectroscopy, (d) X-ray rocking curve, me ( e) Topography X-ray.
Ko te Whakaahua 4e e whakaatu ana i te topography hihi-X kurupae ma e tohu ana i nga rakuraku me nga wehenga miro i roto i te angiangi oro o te karaihe tupu. Ko te kiato wehenga o te karaihe tipu i ine kia ∼3000 ea/cm², he paku teitei ake i te kiato wehenga o te karaihe kakano, he ∼2000 ea/cm². I whakapumauhia te ahua o te karaihe tipu he iti te kiato wehenga, he rite ki te kounga o te karaihe o nga angiangi arumoni. He mea whakamiharo, ko te tipu tere o nga kiripiri SiC i tutuki ma te whakamahi i te tikanga PVT me te puna CVD-SiC kuru i raro i te rōnaki pāmahana nui. Ko nga kohinga o B, Al, me N i roto i te karaihe tipu ko 2.18 × 10¹⁶, 7.61 × 10¹⁵, me te 1.98 × 10¹⁹ ngota/cm³, ia. Ko te kukū o te P i roto i te karaihe tipu i raro i te tepe kitenga (<1.0 × 10¹⁴ ngota/cm³). He iti rawa nga kuhanga poke mo nga kaikawe utu, haunga mo te N, i whakamaaramatia i te wa o te tukanga CVD.
Ahakoa ko te tipu o te karaihe i roto i tenei rangahau he iti noa te whakaaro ki nga hua hokohoko, ko te whakaaturanga angitu o te tipu tere o te SiC me te kounga o te karaihe pai ma te whakamahi i te puna CVD-SiC na roto i te tikanga PVT he nui nga paanga. I te mea ko nga puna CVD-SiC, ahakoa o raatau taonga pai, he whakataetae-utu ma te hangarua i nga rawa kua makahia, kei te tumanako matou ki te whakamahi whanui hei puna SiC whaihua hei whakakapi i nga puna paura SiC. Hei tono i nga puna CVD-SiC mo te tipu tere o te SiC, me arotau te tohatoha o te pāmahana i roto i te punaha PVT, he patai ano mo nga rangahau a meake nei.
Whakamutunga
I roto i tenei rangahau, i tutuki te whakaaturanga angitu o te tipu o te karaihe SiC tere ma te whakamahi i nga poraka CVD-SiC kua pakaru i raro i nga tikanga o te rōnaki-nui-nui na roto i te tikanga PVT. He mea whakamiharo, ko te tipu tere o nga kiripiri SiC i kitea ma te whakakapi i te puna SiC me te tikanga PVT. Ko tenei tikanga ka nui ake te kaha o te whakaputa nui o nga kiripiri kotahi a SiC, i te mutunga ka whakaheke i te utu o nga taputapu SiC me te whakatairanga i te whakamahi whanui o nga taputapu hiko mahi teitei.
Wā tuku: Hūrae-19-2024