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Warum sollten Sie sich für die Flüssigphasenepitaxie-Methode entscheiden?

2023-08-14

Die einzigartigen Eigenschaften von SiC machen die Züchtung von Einkristallen zu einer Herausforderung. Die herkömmlichen Wachstumsmethoden, die in der Halbleiterindustrie verwendet werden, wie das Direktziehverfahren und das absteigende Tiegelverfahren, können aufgrund des Fehlens einer Si:C=1:1-Flüssigphase bei Atmosphärendruck nicht angewendet werden. Der Wachstumsprozess erfordert einen Druck von mehr als 105 atm und eine Temperatur von mehr als 3200 °C, um gemäß theoretischen Berechnungen ein stöchiometrisches Verhältnis von Si:C = 1:1 in der Lösung zu erreichen.


Im Vergleich zur PVT-Methode bietet die Flüssigphasenmethode zum Züchten von SiC folgende Vorteile:


1. geringe Versetzungsdichte. Das Problem der Versetzungen in SiC-Substraten war der Schlüssel zur Beeinträchtigung der Leistung von SiC-Geräten. Durchdringende Versetzungen und Mikrotubuli im Substrat werden auf das epitaktische Wachstum übertragen, wodurch der Leckstrom des Geräts erhöht und die Sperrspannung und das elektrische Durchbruchfeld verringert werden. Einerseits kann die Flüssigphasen-Wachstumsmethode die Wachstumstemperatur erheblich senken, die durch thermische Spannung beim Abkühlen aus dem Hochtemperaturzustand verursachten Versetzungen reduzieren und die Entstehung von Versetzungen während des Wachstumsprozesses wirksam verhindern. Andererseits kann der Flüssigphasenwachstumsprozess die Umwandlung zwischen verschiedenen Versetzungen realisieren. Die Threading Screw Dislocation (TSD) oder Threading Edge Dislocation (TED) wird während des Wachstumsprozesses in einen Stacking Fault (SF) umgewandelt, wodurch sich die Ausbreitungsrichtung ändert und schließlich in die Schichtstörung eingeleitet. Die Ausbreitungsrichtung wird geändert und schließlich zur Außenseite des Kristalls entladen, wodurch die Versetzungsdichte im wachsenden Kristall abnimmt. Auf diese Weise können hochwertige SiC-Kristalle ohne Mikrotubuli und mit geringer Versetzungsdichte erhalten werden, um die Leistung von SiC-basierten Geräten zu verbessern.



2. Es ist einfach, größere Substrate zu realisieren. Bei der PVT-Methode ist die transversale Temperatur schwer zu kontrollieren. Gleichzeitig ist es schwierig, im Gasphasenzustand im Querschnitt eine stabile Temperaturverteilung zu bilden. Je größer der Durchmesser, desto länger die Formzeit, desto schwieriger zu kontrollieren, ist sowohl der Kosten- als auch der Zeitaufwand hoch. Das Flüssigphasenverfahren ermöglicht eine relativ einfache Durchmessererweiterung durch die Schulterfreisetzungstechnik, was dazu beiträgt, schnell größere Substrate zu erhalten.


3. Kristalle vom P-Typ können hergestellt werden. Aufgrund des hohen Wachstumsdrucks ist die Temperatur bei der Flüssigphasenmethode relativ niedrig und unter den Bedingungen verflüchtigt sich Al nicht leicht und geht verloren. Bei der Flüssigphasenmethode unter Verwendung einer Flussmittellösung mit Al-Zusatz lässt sich leichter ein hohes Ergebnis erzielen Trägerkonzentration von SiC-Kristallen vom P-Typ. Bei der PVT-Methode ist die Temperatur hoch, der P-Typ-Parameter verflüchtigt sich leicht.



In ähnlicher Weise ist auch das Flüssigphasenverfahren mit einigen schwierigen Problemen konfrontiert, wie z. B. der Sublimation des Flussmittels bei hohen Temperaturen, der Kontrolle der Verunreinigungskonzentration im wachsenden Kristall, der Flussmittelumhüllung, der Bildung schwebender Kristalle, restlichen Metallionen im Co-Lösungsmittel und dem Verhältnis von C:Si muss streng auf 1:1 kontrolliert werden, und andere Schwierigkeiten treten auf.