3 సి సిక్ అభివృద్ధి చరిత్ర

యొక్క ముఖ్యమైన రూపంగాసిలికాన్ కార్బైడ్, అభివృద్ధి చరిత్ర3C-SiCసెమీకండక్టర్ మెటీరియల్ సైన్స్ యొక్క నిరంతర పురోగతిని ప్రతిబింబిస్తుంది. 1980లలో, నిషినో మరియు ఇతరులు. రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (CVD) [1] ద్వారా సిలికాన్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లపై మొదట 4um 3C-SiC సన్నని ఫిల్మ్‌లను పొందింది, ఇది 3C-SiC థిన్ ఫిల్మ్ టెక్నాలజీకి పునాది వేసింది.

1990 లు SiC పరిశోధన యొక్క స్వర్ణయుగం. క్రీ రీసెర్చ్ ఇంక్. 1991 మరియు 1994లో వరుసగా 6H-SiC మరియు 4H-SiC చిప్‌లను ప్రారంభించింది, దీని వాణిజ్యీకరణను ప్రోత్సహిస్తుందిSIC సెమీకండక్టర్ పరికరాలు. ఈ కాలంలో సాంకేతిక పురోగతి 3C-SIC యొక్క తదుపరి పరిశోధన మరియు అనువర్తనానికి పునాది వేసింది.

21 వ శతాబ్దం ప్రారంభంలో,దేశీయ సిలికాన్ ఆధారిత SiC సన్నని చలనచిత్రాలుకొంతవరకు కూడా అభివృద్ధి చేయబడింది. యే జిజెన్ మరియు ఇతరులు. 2002 లో తక్కువ ఉష్ణోగ్రత పరిస్థితులలో సివిడి చేత సిలికాన్ ఆధారిత SIC సన్నని ఫిల్మ్‌లను తయారు చేసింది [2]. 2001 లో, ఒక జియా మరియు ఇతరులు. గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద మాగ్నెట్రాన్ స్పుట్టరింగ్ ద్వారా సిలికాన్-ఆధారిత SIC సన్నని ఫిల్మ్‌లను తయారు చేశారు [3].

ఏదేమైనా, SI యొక్క జాలక స్థిరాంకం మరియు SIC (సుమారు 20%) మధ్య పెద్ద వ్యత్యాసం కారణంగా, 3C-SIC ఎపిటాక్సియల్ పొర యొక్క లోపం సాంద్రత చాలా ఎక్కువ, ముఖ్యంగా DPB వంటి జంట లోపం. లాటిస్ అసమతుల్యతను తగ్గించడానికి, పరిశోధకులు (0001) ఉపరితలంపై 6H-SIC, 15R-SIC లేదా 4H-SIC ని 3C-SIC ఎపిటాక్సియల్ పొరను పెంచడానికి మరియు లోపం సాంద్రతను తగ్గించడానికి ఉపరితలంగా ఉపయోగిస్తారు. ఉదాహరణకు, 2012 లో, సేకి, కజుకి మరియు ఇతరులు. డైనమిక్ పాలిమార్ఫిక్ ఎపిటాక్సీ కంట్రోల్ టెక్నాలజీని ప్రతిపాదించింది, ఇది సూపర్‌సాచురేషన్‌ను నియంత్రించడం ద్వారా 6H-SIC (0001) ఉపరితల విత్తనంపై 3C-SIC మరియు 6H-SIC యొక్క పాలిమార్ఫిక్ ఎంపిక వృద్ధిని గ్రహిస్తుంది [4-5]. 2023 లో, జున్ లి వంటి పరిశోధకులు పెరుగుదల మరియు ప్రక్రియను ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి సివిడి పద్ధతిని ఉపయోగించారు మరియు విజయవంతంగా మృదువైన 3 సి-సిఐసిని పొందారుఎపిటాక్సియల్ పొర14um/h వృద్ధి రేటుతో 4H-SiC ఉపరితలంపై ఉపరితలంపై DPB లోపాలు లేవు[6].

3C sic యొక్క క్రిస్టల్ నిర్మాణం మరియు అనువర్తన క్షేత్రాలు

అనేక SICD పాలిటైప్‌లలో, 3C-SIC మాత్రమే క్యూబిక్ పాలిటైప్, దీనిని β-SIC అని కూడా పిలుస్తారు. ఈ క్రిస్టల్ నిర్మాణంలో, SI మరియు C అణువులు జాలకలో ఒకదానికొకటి నిష్పత్తిలో ఉన్నాయి, మరియు ప్రతి అణువు చుట్టూ నాలుగు వైవిధ్య అణువులతో ఉంటుంది, ఇది బలమైన సమయోజనీయ బంధాలతో టెట్రాహెడ్రల్ స్ట్రక్చరల్ యూనిట్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. 3C-SIC యొక్క నిర్మాణ లక్షణం ఏమిటంటే, Si-C- డయాటోమిక్ పొరలను ABC-ABC-…, మరియు ప్రతి యూనిట్ సెల్ అటువంటి మూడు డయాటోమిక్ పొరలను కలిగి ఉంటుంది, దీనిని C3 ప్రాతినిధ్యం అని పిలుస్తారు; 3C-SIC యొక్క క్రిస్టల్ నిర్మాణం క్రింది చిత్రంలో చూపబడింది:

మూర్తి 1 3C-SIC యొక్క క్రిస్టల్ నిర్మాణం

ప్రస్తుతం, సిలికాన్ (SI) అనేది శక్తి పరికరాల కోసం సాధారణంగా ఉపయోగించే సెమీకండక్టర్ పదార్థం. అయినప్పటికీ, SI యొక్క పనితీరు కారణంగా, సిలికాన్ ఆధారిత విద్యుత్ పరికరాలు పరిమితం. 4H-SIC మరియు 6H-SIC తో పోలిస్తే, 3C-SIC అత్యధిక గది ఉష్ణోగ్రత సైద్ధాంతిక ఎలక్ట్రాన్ మొబిలిటీ (1000 cm · V-1 · S-1) ను కలిగి ఉంది మరియు MOS పరికర అనువర్తనాలలో ఎక్కువ ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది. అదే సమయంలో, 3C-SIC లో అధిక బ్రేక్‌డౌన్ వోల్టేజ్, మంచి ఉష్ణ వాహకత, అధిక కాఠిన్యం, విస్తృత బ్యాండ్‌గ్యాప్, అధిక ఉష్ణోగ్రత నిరోధకత మరియు రేడియేషన్ నిరోధకత వంటి అద్భుతమైన లక్షణాలు కూడా ఉన్నాయి. అందువల్ల, ఇది ఎలక్ట్రానిక్స్, ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్, సెన్సార్లు మరియు అనువర్తనాలలో విపరీతమైన పరిస్థితులలో గొప్ప సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది, సంబంధిత సాంకేతిక పరిజ్ఞానాల అభివృద్ధి మరియు ఆవిష్కరణలను ప్రోత్సహించడం మరియు అనేక రంగాలలో విస్తృత అనువర్తన సామర్థ్యాన్ని చూపించడం:

మొదటిది: ముఖ్యంగా అధిక వోల్టేజ్, అధిక పౌనఃపున్యం మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రత వాతావరణంలో, 3C-SiC యొక్క అధిక బ్రేక్‌డౌన్ వోల్టేజ్ మరియు అధిక ఎలక్ట్రాన్ మొబిలిటీ MOSFET [7] వంటి పవర్ పరికరాల తయారీకి ఇది ఒక ఆదర్శవంతమైన ఎంపిక. రెండవది: నానోఎలక్ట్రానిక్స్ మరియు మైక్రోఎలెక్ట్రోమెకానికల్ సిస్టమ్స్ (MEMS)లో 3C-SiC యొక్క అప్లికేషన్ సిలికాన్ టెక్నాలజీతో దాని అనుకూలత నుండి ప్రయోజనాలను పొందుతుంది, నానోఎలక్ట్రానిక్స్ మరియు నానోఎలక్ట్రోమెకానికల్ పరికరాల వంటి నానోస్కేల్ నిర్మాణాల తయారీని అనుమతిస్తుంది [8]. మూడవది: విస్తృత బ్యాండ్‌గ్యాప్ సెమీకండక్టర్ మెటీరియల్‌గా, 3C-SiC తయారీకి అనుకూలంగా ఉంటుందినీలం కాంతి-ఉద్గార డయోడ్లు(LEDలు). లైటింగ్, డిస్‌ప్లే టెక్నాలజీ మరియు లేజర్‌లలో దీని అప్లికేషన్ అధిక ప్రకాశించే సామర్థ్యం మరియు సులభమైన డోపింగ్ కారణంగా దృష్టిని ఆకర్షించింది [9]. నాల్గవది: అదే సమయంలో, 3C-SiC పొజిషన్-సెన్సిటివ్ డిటెక్టర్‌లను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించబడుతుంది, ప్రత్యేకించి లేజర్ పాయింట్ పొజిషన్-సెన్సిటివ్ డిటెక్టర్‌లు పార్శ్వ కాంతివిపీడన ప్రభావంపై ఆధారపడి ఉంటాయి, ఇవి జీరో బయాస్ పరిస్థితుల్లో అధిక సున్నితత్వాన్ని చూపుతాయి మరియు ఖచ్చితమైన స్థానానికి అనుకూలంగా ఉంటాయి [10] .

3. 3 సి సిక్ హెటెరోపిటాక్సీ యొక్క తయారీ పద్ధతి

3C-SiC హెటెరోపిటాక్సీ యొక్క ప్రధాన వృద్ధి పద్ధతులు ఉన్నాయిరసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (CVD), సబ్లిమేషన్ ఎపిటాక్సీ (SE), ద్రవ దశ ఎపిటాక్సీ (LPE), మాలిక్యులర్ బీమ్ ఎపిటాక్సీ (MBE), మాగ్నెట్రాన్ స్పుట్టరింగ్, మొదలైనవి. CVD అనేది 3C-SiC ఎపిటాక్సీకి దాని నియంత్రణ మరియు అనుకూలత (ఉష్ణోగ్రత, వాయువు ప్రవాహం, ఛాంబర్ పీడనం మరియు ప్రతిచర్య సమయం వంటివి, దీని నాణ్యతను ఆప్టిమైజ్ చేయగలిగినందున ప్రాధాన్య పద్ధతి. ఎపిటాక్సియల్ పొర).

రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (CVD): Si మరియు C మూలకాలను కలిగి ఉన్న సమ్మేళనం వాయువు ప్రతిచర్య గదిలోకి పంపబడుతుంది, అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద వేడి చేయబడుతుంది మరియు కుళ్ళిపోతుంది, ఆపై Si అణువులు మరియు C పరమాణువులు Si సబ్‌స్ట్రేట్ లేదా 6H-SiC, 15R-పై అవక్షేపించబడతాయి. SiC, 4H-SiC సబ్‌స్ట్రేట్ [11]. ఈ చర్య యొక్క ఉష్ణోగ్రత సాధారణంగా 1300-1500℃ మధ్య ఉంటుంది. సాధారణ Si మూలాలలో SiH4, TCS, MTS, మొదలైనవి ఉన్నాయి మరియు C మూలాలు ప్రధానంగా C2H4, C3H8, మొదలైనవి, H2 క్యారియర్ గ్యాస్‌గా ఉంటాయి. వృద్ధి ప్రక్రియ ప్రధానంగా క్రింది దశలను కలిగి ఉంటుంది: 1. గ్యాస్ దశ ప్రతిచర్య మూలం ప్రధాన గ్యాస్ ప్రవాహంలో నిక్షేపణ జోన్‌కు రవాణా చేయబడుతుంది. 2. సన్నని ఫిల్మ్ పూర్వగాములు మరియు ఉప-ఉత్పత్తులను ఉత్పత్తి చేయడానికి సరిహద్దు పొరలో గ్యాస్ ఫేజ్ రియాక్షన్ ఏర్పడుతుంది. 3. పూర్వగామి యొక్క అవపాతం, అధిశోషణం మరియు పగుళ్ల ప్రక్రియ. 4. శోషించబడిన అణువులు సబ్‌స్ట్రేట్ ఉపరితలంపై వలసపోతాయి మరియు పునర్నిర్మించబడతాయి. 5. శోషించబడిన అణువులు ఉపరితల ఉపరితలంపై కేంద్రకం మరియు పెరుగుతాయి. 6. ప్రధాన గ్యాస్ ఫ్లో జోన్‌లోకి ప్రతిచర్య తర్వాత వ్యర్థ వాయువు యొక్క సామూహిక రవాణా మరియు రియాక్షన్ ఛాంబర్ నుండి బయటకు తీయబడుతుంది. మూర్తి 2 అనేది CVD [12] యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం.

మూర్తి 2 CVD యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం

సబ్లిమేషన్ ఎపిటాక్సీ (SE) పద్ధతి: మూర్తి 3 అనేది 3C-SiCని సిద్ధం చేయడానికి SE పద్ధతి యొక్క ప్రయోగాత్మక నిర్మాణ రేఖాచిత్రం. ప్రధాన దశలు అధిక ఉష్ణోగ్రత జోన్‌లో SiC మూలం యొక్క కుళ్ళిపోవడం మరియు సబ్లిమేషన్, సబ్‌లిమేట్‌ల రవాణా మరియు తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద సబ్‌స్ట్రేట్ ఉపరితలంపై సబ్‌లిమేట్‌ల ప్రతిచర్య మరియు స్ఫటికీకరణ. వివరాలు క్రింది విధంగా ఉన్నాయి: 6H-SiC లేదా 4H-SiC సబ్‌స్ట్రేట్ క్రూసిబుల్ పైభాగంలో ఉంచబడుతుంది మరియుఅధిక-స్వచ్ఛత సిక్ పౌడర్SIC ముడి పదార్థంగా ఉపయోగించబడుతుంది మరియు దిగువ భాగంలో ఉంచబడుతుందిగ్రాఫైట్ క్రూసిబుల్. రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ ఇండక్షన్ ద్వారా క్రూసిబుల్ 1900-2100 to కు వేడి చేయబడుతుంది, మరియు ఉపరితల ఉష్ణోగ్రత SIC మూలం కంటే తక్కువగా ఉంటుంది, ఇది క్రూసిబుల్ లోపల అక్షసంబంధ ఉష్ణోగ్రత ప్రవణతను ఏర్పరుస్తుంది, తద్వారా సబ్లిమేటెడ్ SIC పదార్థం ఘనీభవించవచ్చు మరియు ఉపరితలంపై స్ఫటికీకరించవచ్చు 3C-SIC హెటెరోఎపిటాక్సియల్ ఏర్పడటానికి.

సబ్లిమేషన్ ఎపిటాక్సీ యొక్క ప్రయోజనాలు ప్రధానంగా రెండు అంశాలలో ఉన్నాయి: 1. ఎపిటాక్సీ ఉష్ణోగ్రత ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఇది క్రిస్టల్ లోపాలను తగ్గిస్తుంది; 2. అణు స్థాయిలో చెక్కబడిన ఉపరితలాన్ని పొందటానికి దీనిని చెక్కవచ్చు. ఏదేమైనా, వృద్ధి ప్రక్రియలో, ప్రతిచర్య మూలాన్ని సర్దుబాటు చేయలేము, మరియు సిలికాన్-కార్బన్ నిష్పత్తి, సమయం, వివిధ ప్రతిచర్య సన్నివేశాలు మొదలైనవి మార్చబడవు, ఫలితంగా వృద్ధి ప్రక్రియ యొక్క నియంత్రణ తగ్గుతుంది.

3C-SIC ఎపిటాక్సీని పెంచడానికి SE పద్ధతి యొక్క మూర్తి 3 స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం

మాలిక్యులర్ బీమ్ ఎపిటాక్సీ (MBE) అనేది అధునాతన థిన్ ఫిల్మ్ గ్రోత్ టెక్నాలజీ, ఇది 4H-SiC లేదా 6H-SiC సబ్‌స్ట్రేట్‌లపై 3C-SiC ఎపిటాక్సియల్ లేయర్‌లను పెంచడానికి అనుకూలంగా ఉంటుంది. ఈ పద్ధతి యొక్క ప్రాథమిక సూత్రం: అల్ట్రా-హై వాక్యూమ్ వాతావరణంలో, మూల వాయువు యొక్క ఖచ్చితమైన నియంత్రణ ద్వారా, పెరుగుతున్న ఎపిటాక్సియల్ పొర యొక్క మూలకాలు ఒక దిశాత్మక పరమాణు పుంజం లేదా పరమాణు పుంజం మరియు వేడిచేసిన ఉపరితల ఉపరితలంపై సంఘటనను ఏర్పరచడానికి వేడి చేయబడతాయి. ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల. 3C-SiC పెరగడానికి సాధారణ పరిస్థితులుఎపిటాక్సియల్ పొరలు4H-SiC లేదా 6H-SiC సబ్‌స్ట్రేట్‌లు: సిలికాన్-రిచ్ పరిస్థితులలో, గ్రాఫేన్ మరియు స్వచ్ఛమైన కార్బన్ మూలాలు ఎలక్ట్రాన్ గన్‌తో వాయు పదార్ధాలుగా ఉత్తేజితమవుతాయి మరియు 1200-1350℃ ప్రతిచర్య ఉష్ణోగ్రతగా ఉపయోగించబడుతుంది. 3C-SiC హెటెరోపిటాక్సియల్ వృద్ధిని 0.01-0.1 nms-1 [13] వృద్ధి రేటుతో పొందవచ్చు.

ముగింపు మరియు ప్రాస్పెక్ట్

నిరంతర సాంకేతిక పురోగతి మరియు లోతైన యంత్రాంగ పరిశోధన ద్వారా, 3C-SiC హెటెరోపిటాక్సియల్ సాంకేతికత సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమలో మరింత ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తుందని మరియు అధిక సామర్థ్యం గల ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల అభివృద్ధిని ప్రోత్సహిస్తుందని భావిస్తున్నారు. ఉదాహరణకు, తక్కువ లోపం సాంద్రతను కొనసాగిస్తూ వృద్ధి రేటును పెంచడానికి HCl వాతావరణాన్ని ప్రవేశపెట్టడం వంటి కొత్త వృద్ధి పద్ధతులు మరియు వ్యూహాలను అన్వేషించడం కొనసాగించడం అనేది భవిష్యత్ పరిశోధన యొక్క దిశ; లోపం ఏర్పడే విధానంపై లోతైన పరిశోధన మరియు మరింత ఖచ్చితమైన లోపం నియంత్రణను సాధించడానికి మరియు మెటీరియల్ లక్షణాలను ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి ఫోటోల్యూమినిసెన్స్ మరియు క్యాథోడొల్యూమినిసెన్స్ అనాలిసిస్ వంటి మరింత అధునాతన క్యారెక్టరైజేషన్ టెక్నిక్‌ల అభివృద్ధి; అధిక-నాణ్యత మందపాటి ఫిల్మ్ 3C-SiC యొక్క వేగవంతమైన పెరుగుదల అధిక-వోల్టేజ్ పరికరాల అవసరాలను తీర్చడానికి కీలకం మరియు వృద్ధి రేటు మరియు పదార్థ ఏకరూపత మధ్య సమతుల్యతను అధిగమించడానికి మరింత పరిశోధన అవసరం; SiC/GaN వంటి వైవిధ్య నిర్మాణాలలో 3C-SiC యొక్క అప్లికేషన్‌తో కలిపి, పవర్ ఎలక్ట్రానిక్స్, ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ ఇంటిగ్రేషన్ మరియు క్వాంటం ఇన్ఫర్మేషన్ ప్రాసెసింగ్ వంటి కొత్త పరికరాలలో దాని సంభావ్య అప్లికేషన్‌లను అన్వేషించండి.

సూచనలు:

[1] నిషినో ఎస్, హజుకి వై, మాట్సునామి హెచ్, మరియు ఇతరులు. సిలికాన్ సబ్‌స్ట్రేట్‌పై సింగిల్ స్ఫటికాకార β-SIC ఫిల్మ్‌ల రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ SIC ఇంటర్మీడియట్ పొరతో [J] .జర్నాల్ ఆఫ్ ది ఎలక్ట్రోకెమికల్ సొసైటీ, 1980, 127 (12): 2674-2680.

.

.

[4] సెకి కె, అలెగ్జాండర్, కోజావా ఎస్, మరియు ఇతరులు. పరిష్కార పెరుగుదల [J] లో సూపర్‌సాచురేషన్ నియంత్రణ ద్వారా SIC యొక్క పాలిటైప్-సెలెక్టివ్ పెరుగుదల. జర్నల్ ఆఫ్ క్రిస్టల్ గ్రోత్, 2012, 360: 176-180.

.

[6] మెరుగైన పదనిర్మాణ శాస్త్రం[J]తో 4H-SiC సబ్‌స్ట్రేట్‌లపై 3C-SiC లేయర్‌ల Li X, వాంగ్ G .CVD పెరుగుదల. సాలిడ్ స్టేట్ కమ్యూనికేషన్స్, 2023:371.

[7] హౌ కైవెన్.

[8] లార్స్, హిల్లర్, థామస్, మరియు ఇతరులు. 3C-SIC (100) MESA నిర్మాణాల ECR-ECTING లో హైడ్రోజన్ ప్రభావాలు [J] .మెటీరియల్స్ సైన్స్ ఫోరం, 2014.

[9] జు కింగ్‌ఫాంగ్ లేజర్ రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ ద్వారా 3C-SiC సన్నని చలనచిత్రాల తయారీ [D]. వుహాన్ యూనివర్సిటీ ఆఫ్ టెక్నాలజీ.

.

[11] జిన్ బిన్.

[12] డాంగ్ లిన్.

[13] డయాని M , సైమన్ L , Kubler L , et al. 6H-SiC(0001) సబ్‌స్ట్రేట్[J]పై 3C-SiC పాలిటైప్ యొక్క క్రిస్టల్ పెరుగుదల. జర్నల్ ఆఫ్ క్రిస్టల్ గ్రోత్, 2002, 235(1):95-102.