మూడు SIC సింగిల్ క్రిస్టల్ గ్రోత్ టెక్నాలజీస్

పెరుగుతున్న SIC సింగిల్ స్ఫటికాలకు ప్రధాన పద్ధతులు:శారీరక ఆవిరి, అధిక ఉష్ణోగ్రత రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (HTCVD)మరియుఅధిక ఉష్ణోగ్రత పరిష్కారం పెరుగుదల (HTSG). మూర్తి 1 లో చూపినట్లుగా. వాటిలో, పివిటి పద్ధతి ఈ దశలో అత్యంత పరిణతి చెందిన మరియు విస్తృతంగా ఉపయోగించే పద్ధతి. ప్రస్తుతం, 6-అంగుళాల సింగిల్ క్రిస్టల్ సబ్‌స్ట్రేట్ పారిశ్రామికీకరించబడింది, మరియు 8-అంగుళాల సింగిల్ క్రిస్టల్ కూడా 2016 లో యునైటెడ్ స్టేట్స్లో క్రీ చేత విజయవంతంగా పెరిగింది. అయినప్పటికీ, ఈ పద్ధతిలో అధిక లోపం సాంద్రత, తక్కువ దిగుబడి, కష్టమైన వ్యాసం విస్తరణ మరియు అధిక వ్యయం వంటి పరిమితులు ఉన్నాయి.

SI సింగిల్ స్ఫటికాల పెరుగుదలను సాధించడానికి SI మూలం మరియు సి సోర్స్ గ్యాస్ అధిక ఉష్ణోగ్రత వాతావరణంలో 2100 of యొక్క అధిక ఉష్ణోగ్రత వాతావరణంలో సిఐసిని ఉత్పత్తి చేయడానికి హెచ్‌టిసివిడి పద్ధతి ఉపయోగిస్తుంది. పివిటి పద్ధతి వలె, ఈ పద్ధతికి అధిక వృద్ధి ఉష్ణోగ్రత కూడా అవసరం మరియు అధిక వృద్ధి ఖర్చును కలిగి ఉంటుంది. HTSG పద్ధతి పై రెండు పద్ధతుల నుండి భిన్నంగా ఉంటుంది. SIC సింగిల్ స్ఫటికాల పెరుగుదలను సాధించడానికి అధిక ఉష్ణోగ్రత ద్రావణంలో SI మరియు C మూలకాల కరిగిపోవడం మరియు పునరుత్పత్తిని ఉపయోగించడం దీని ప్రాథమిక సూత్రం. ప్రస్తుతం విస్తృతంగా ఉపయోగించే సాంకేతిక నమూనా TSSG పద్ధతి.

ఈ పద్ధతి తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద (2000 ° C కంటే తక్కువ) సమీప-థర్మోడైనమిక్ సమతౌల్య స్థితిలో SIC యొక్క పెరుగుదలను సాధించగలదు, మరియు పెరిగిన స్ఫటికాలు అధిక నాణ్యత, తక్కువ ఖర్చు, సులభమైన వ్యాసం విస్తరణ మరియు సులభమైన స్థిరమైన P- రకం డోపింగ్ యొక్క ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంటాయి. పివిటి పద్ధతి తరువాత పెద్ద, అధిక-నాణ్యత మరియు తక్కువ-ధర SIC సింగిల్ స్ఫటికాలను సిద్ధం చేయడానికి ఇది ఒక పద్ధతిగా మారుతుందని భావిస్తున్నారు.

మూర్తి 1. మూడు SIC సింగిల్ క్రిస్టల్ గ్రోత్ టెక్నాలజీస్ సూత్రాల స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం

01 అభివృద్ధి చరిత్ర మరియు TSSG- పెరిగిన SIC సింగిల్ స్ఫటికాల ప్రస్తుత స్థితి

పెరుగుతున్న SIC కి HTSG పద్ధతి 60 సంవత్సరాలకు పైగా చరిత్రను కలిగి ఉంది.

1961 లో, హాల్డెన్ మరియు ఇతరులు. అధిక-ఉష్ణోగ్రత SI కరిగే నుండి మొదట పొందిన SIC సింగిల్ స్ఫటికాలు, దీనిలో C కరిగేది, ఆపై SI+X తో కూడిన అధిక-ఉష్ణోగ్రత పరిష్కారం నుండి SIC సింగిల్ స్ఫటికాల పెరుగుదలను అన్వేషించారు (ఇక్కడ X అనేది Fe, Cr, Sc, TB, PR, మొదలైనవి) ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ అంశాలు).

1999 లో, హాఫ్మన్ మరియు ఇతరులు. జర్మనీలోని ఎర్లాంజెన్ విశ్వవిద్యాలయం నుండి స్వచ్ఛమైన SI ను స్వీయ-ఫ్లక్స్‌గా ఉపయోగించింది మరియు అధిక-ఉష్ణోగ్రత మరియు అధిక-పీడన TSSG పద్ధతిని 1.4 అంగుళాల వ్యాసం మరియు మొదటిసారి 1 మిమీ మందంతో సిక్ సింగిల్ స్ఫటికాలను పెంచడానికి ఉపయోగించింది.

2000 లో, వారు ఈ ప్రక్రియను మరింత ఆప్టిమైజ్ చేశారు మరియు SIC స్ఫటికాలను 20-30 మిమీ వ్యాసం మరియు 20 మిమీ వరకు మందంగా పరుగెత్తారు, స్వచ్ఛమైన SI ను 1900-2400 ° C వద్ద 100-200 బార్ యొక్క అధిక-పీడన AR వాతావరణంలో స్వీయ-ఫ్లక్స్‌గా ఉపయోగించి.

అప్పటి నుండి, జపాన్, దక్షిణ కొరియా, ఫ్రాన్స్, చైనా మరియు ఇతర దేశాల పరిశోధకులు TSSG పద్ధతి ద్వారా SIC సింగిల్ క్రిస్టల్ ఉపరితలాల పెరుగుదలపై వరుసగా పరిశోధనలు చేశారు, ఇది ఇటీవలి సంవత్సరాలలో TSSG పద్ధతి వేగంగా అభివృద్ధి చెందారు. వాటిలో, జపాన్‌ను సుమిటోమో మెటల్ మరియు టయోటా సూచిస్తున్నాయి. టేబుల్ 1 మరియు మూర్తి 2 SIC సింగిల్ స్ఫటికాల పెరుగుదలలో సుమిటోమో లోహం యొక్క పరిశోధన పురోగతిని చూపుతాయి, మరియు టేబుల్ 2 మరియు మూర్తి 3 టయోటా యొక్క ప్రధాన పరిశోధన ప్రక్రియ మరియు ప్రతినిధి ఫలితాలను చూపుతాయి.

ఈ పరిశోధనా బృందం 2016 లో TSSG పద్ధతి ద్వారా SIC స్ఫటికాల పెరుగుదలపై పరిశోధనలు చేయడం ప్రారంభించింది మరియు 10 మిమీ మందంతో 2-అంగుళాల 4 హెచ్-సిక్ క్రిస్టల్‌ను విజయవంతంగా పొందింది. ఇటీవల, ఈ బృందం మూర్తి 4 లో చూపిన విధంగా 4-అంగుళాల 4 హెచ్-సిక్ క్రిస్టల్ విజయవంతంగా పెరిగింది.

మూర్తి 2.TSSG పద్ధతిని ఉపయోగించి సుమిటోమో మెటల్ బృందం పెరిగిన SIC క్రిస్టల్ యొక్క ఆప్టికల్ ఫోటో

మూర్తి 3.TSSG పద్ధతిని ఉపయోగించి పెరుగుతున్న SIC సింగిల్ స్ఫటికాలలో టయోటా బృందం యొక్క ప్రతినిధి విజయాలు

మూర్తి 4. TSSG పద్ధతిని ఉపయోగించి పెరుగుతున్న SIC సింగిల్ స్ఫటికాలలో ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ ఫిజిక్స్, చైనీస్ అకాడమీ ఆఫ్ సైన్సెస్ యొక్క ప్రతినిధి విజయాలు

02 TSSG పద్ధతి ద్వారా పెరుగుతున్న SIC సింగిల్ స్ఫటికాల యొక్క ప్రాథమిక సూత్రాలు

SIC కి సాధారణ పీడనం వద్ద ద్రవీభవన స్థానం లేదు. ఉష్ణోగ్రత 2000 above పైనకు చేరుకున్నప్పుడు, అది నేరుగా గ్యాసిఫై మరియు కుళ్ళిపోతుంది. అందువల్ల, అదే కూర్పు యొక్క నెమ్మదిగా శీతలీకరణ మరియు పటిష్టమైన సిక్ కరిగే ద్వారా SIC సింగిల్ స్ఫటికాలను పెంచడం సాధ్యం కాదు, అనగా కరిగే పద్ధతి.

Si-C బైనరీ దశ రేఖాచిత్రం ప్రకారం, Si- రిచ్ చివరలో "L+SIC" యొక్క రెండు-దశల ప్రాంతం ఉంది, ఇది SIC యొక్క ద్రవ దశ పెరుగుదలకు అవకాశాన్ని అందిస్తుంది. ఏదేమైనా, C కోసం స్వచ్ఛమైన SI యొక్క ద్రావణీయత చాలా తక్కువగా ఉంది, కాబట్టి అధిక-ఉష్ణోగ్రత ద్రావణంలో C గా ration తను పెంచడంలో సహాయపడటానికి SI మెల్ట్‌కు ఫ్లక్స్ జోడించడం అవసరం. ప్రస్తుతం, HTSG పద్ధతి ద్వారా SIC సింగిల్ స్ఫటికాలను పెంచడానికి ప్రధాన స్రవంతి సాంకేతిక మోడ్ TSSG పద్ధతి. మూర్తి 5 (ఎ) అనేది TSSG పద్ధతి ద్వారా పెరుగుతున్న SIC సింగిల్ స్ఫటికాల సూత్రం యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం.

వాటిలో, అధిక-ఉష్ణోగ్రత పరిష్కారం యొక్క థర్మోడైనమిక్ లక్షణాల నియంత్రణ మరియు మొత్తం వృద్ధి వ్యవస్థలో మంచి డైనమిక్ సరఫరా మరియు ద్రావణ సి డిమాండ్ యొక్క మంచి డైనమిక్ బ్యాలెన్స్ సాధించడానికి ద్రావణ రవాణా ప్రక్రియ మరియు క్రిస్టల్ గ్రోత్ ఇంటర్ఫేస్ యొక్క డైనమిక్స్ TSSG పద్ధతి ద్వారా SIC సింగిల్ స్ఫటికాల పెరుగుదలను బాగా గ్రహించడం కీలకం.

మూర్తి 5. (ఎ) TSSG పద్ధతి ద్వారా SIC సింగిల్ క్రిస్టల్ పెరుగుదల యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం; (బి) L+SIC రెండు-దశల ప్రాంతం యొక్క రేఖాంశ విభాగం యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం

03 అధిక-ఉష్ణోగ్రత పరిష్కారాల థర్మోడైనమిక్ లక్షణాలు

తగినంత సి ను అధిక-ఉష్ణోగ్రత పరిష్కారాలలో కరిగించడం TSSG పద్ధతి ద్వారా SIC సింగిల్ స్ఫటికాలను పెంచడానికి కీలకం. అధిక-ఉష్ణోగ్రత పరిష్కారాలలో సి యొక్క ద్రావణీయతను పెంచడానికి ఫ్లక్స్ మూలకాలను జోడించడం ఒక ప్రభావవంతమైన మార్గం.

అదే సమయంలో, ఫ్లక్స్ మూలకాల యొక్క అదనంగా క్రిస్టల్ పెరుగుదలకు దగ్గరి సంబంధం ఉన్న అధిక-ఉష్ణోగ్రత పరిష్కారాల యొక్క సాంద్రత, స్నిగ్ధత, ఉపరితల ఉద్రిక్తత, గడ్డకట్టే స్థానం మరియు ఇతర థర్మోడైనమిక్ పారామితులను కూడా నియంత్రిస్తుంది, తద్వారా క్రిస్టల్ పెరుగుదలలో థర్మోడైనమిక్ మరియు గతి ప్రక్రియలను ప్రత్యక్షంగా ప్రభావితం చేస్తుంది. అందువల్ల, ఫ్లక్స్ మూలకాల ఎంపిక SIC సింగిల్ స్ఫటికాలను పెంచడానికి TSSG పద్ధతిని సాధించడంలో అత్యంత క్లిష్టమైన దశ మరియు ఈ రంగంలో పరిశోధన దృష్టి.

సాహిత్యంలో లి-సి, టి-సి, సిఆర్-సి, ఫే-సి, ఎస్సీ-సి, ని-సి మరియు కో-సితో సహా అనేక బైనరీ హై-టెంపరేచర్ సొల్యూషన్ సిస్టమ్స్ ఉన్నాయి. వాటిలో, CR-SI, TI-SI మరియు FE-SI యొక్క బైనరీ వ్యవస్థలు మరియు CR-CE-AL-SI వంటి బహుళ-భాగాల వ్యవస్థలు బాగా అభివృద్ధి చెందాయి మరియు మంచి క్రిస్టల్ వృద్ధి ఫలితాలను పొందాయి.

మూర్తి 6 (ఎ) CR-SI, TI-SI మరియు FE-SI యొక్క మూడు వేర్వేరు అధిక-ఉష్ణోగ్రత పరిష్కార వ్యవస్థలలో SIC వృద్ధి రేటు మరియు ఉష్ణోగ్రత మధ్య సంబంధాన్ని చూపిస్తుంది, దీనిని కవానిషి మరియు ఇతరులు సంగ్రహించారు. 2020 లో జపాన్లోని తోహోకు విశ్వవిద్యాలయం.

మూర్తి 6 (బి) లో చూపిన విధంగా, హ్యూన్ మరియు ఇతరులు. సి యొక్క ద్రావణీయతను చూపించడానికి SI0.56CR0.4M0.04 (M = SC, TI, V, CR, MN, Fe, CO, NI, CU, RH మరియు PD) యొక్క కూర్పు నిష్పత్తితో అధిక-ఉష్ణోగ్రత పరిష్కార వ్యవస్థల శ్రేణిని రూపొందించారు.

మూర్తి 6. (ఎ) వేర్వేరు అధిక-ఉష్ణోగ్రత పరిష్కార వ్యవస్థలను ఉపయోగిస్తున్నప్పుడు SIC సింగిల్ క్రిస్టల్ వృద్ధి రేటు మరియు ఉష్ణోగ్రత మధ్య సంబంధం

04 గ్రోత్ కైనటిక్స్ రెగ్యులేషన్

అధిక-నాణ్యత గల SIC సింగిల్ స్ఫటికాలను బాగా పొందటానికి, క్రిస్టల్ అవపాతం యొక్క గతిశాస్త్రాలను నియంత్రించడం కూడా అవసరం. అందువల్ల, SIC సింగిల్ స్ఫటికాల కోసం TSSG పద్ధతి యొక్క మరొక పరిశోధన దృష్టి అధిక-ఉష్ణోగ్రత పరిష్కారాలలో మరియు క్రిస్టల్ గ్రోత్ ఇంటర్ఫేస్ వద్ద గతిశాస్త్రం యొక్క నియంత్రణ.

నియంత్రణ యొక్క ప్రధాన సాధనాలు: విత్తన క్రిస్టల్ మరియు క్రూసిబుల్ యొక్క భ్రమణం మరియు లాగడం ప్రక్రియ, వృద్ధి వ్యవస్థలో ఉష్ణోగ్రత క్షేత్రం యొక్క నియంత్రణ, క్రూసిబుల్ నిర్మాణం మరియు పరిమాణం యొక్క ఆప్టిమైజేషన్ మరియు బాహ్య అయస్కాంత క్షేత్రం ద్వారా అధిక-ఉష్ణోగ్రత పరిష్కార ఉష్ణప్రసరణ యొక్క నియంత్రణ. అధిక-ఉష్ణోగ్రత ద్రావణం మరియు క్రిస్టల్ పెరుగుదల మధ్య ఇంటర్‌ఫేస్ వద్ద ఉష్ణోగ్రత క్షేత్రం, ప్రవాహ క్షేత్రం మరియు ద్రావణ ఏకాగ్రత క్షేత్రాన్ని నియంత్రించడం ప్రాథమిక ఉద్దేశ్యం, తద్వారా అధిక-ఉష్ణోగ్రత ద్రావణం నుండి సిక్‌ను క్రమబద్ధమైన పద్ధతిలో మెరుగైన మరియు వేగంగా అవక్షేపించడం మరియు అధిక-నాణ్యత పెద్ద-పరిమాణ సింగిల్ స్ఫటికాలుగా పెరగడం.

కుసునోకి మరియు ఇతరులు ఉపయోగించే "క్రూసిబుల్ యాక్సిలరేటెడ్ రొటేషన్ టెక్నాలజీ" వంటి డైనమిక్ నియంత్రణను సాధించడానికి పరిశోధకులు అనేక పద్ధతులను ప్రయత్నించారు. వారి పనిలో 2006 లో నివేదించబడింది మరియు డైకోకు మరియు ఇతరులు అభివృద్ధి చేసిన "పుటాకార సొల్యూషన్ గ్రోత్ టెక్నాలజీ".

2014 లో, కుసునోకి మరియు ఇతరులు. అధిక-ఉష్ణోగ్రత పరిష్కార ఉష్ణప్రసరణ యొక్క నియంత్రణను సాధించడానికి క్రూసిబుల్‌లో ఇమ్మర్షన్ గైడ్ (IG) గా గ్రాఫైట్ రింగ్ నిర్మాణాన్ని జోడించారు. గ్రాఫైట్ రింగ్ యొక్క పరిమాణం మరియు స్థానాన్ని ఆప్టిమైజ్ చేయడం ద్వారా, విత్తన క్రిస్టల్ క్రింద అధిక-ఉష్ణోగ్రత ద్రావణంలో ఏకరీతి పైకి ద్రావణ రవాణా మోడ్‌ను స్థాపించవచ్చు, తద్వారా మూర్తి 7 లో చూపిన విధంగా క్రిస్టల్ వృద్ధి రేటు మరియు నాణ్యతను మెరుగుపరుస్తుంది.

మూర్తి 7: (ఎ) క్రూసిబుల్‌లో అధిక-ఉష్ణోగ్రత పరిష్కార ప్రవాహం మరియు ఉష్ణోగ్రత పంపిణీ యొక్క అనుకరణ ఫలితాలు; 

(బి) ప్రయోగాత్మక పరికరం యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం మరియు ఫలితాల సారాంశం

పెరుగుతున్న SIC సింగిల్ స్ఫటికాలకు TSSG పద్ధతి యొక్క 05 ప్రయోజనాలు

పెరుగుతున్న SIC సింగిల్ స్ఫటికాలలో TSSG పద్ధతి యొక్క ప్రయోజనాలు క్రింది అంశాలలో ప్రతిబింబిస్తాయి:

. 1999 లో, హాఫ్మన్ మరియు ఇతరులు. మూర్తి 8 లో చూపిన విధంగా, TSSG పద్ధతి ద్వారా SIC సింగిల్ స్ఫటికాలను పెంచే ప్రక్రియలో మైక్రోట్యూబ్లను సమర్థవంతంగా కవర్ చేయవచ్చని ఆప్టికల్ మైక్రోస్కోప్ ద్వారా గమనించబడింది మరియు నిరూపించబడింది.

మూర్తి 8: TSSG పద్ధతి ద్వారా SIC సింగిల్ క్రిస్టల్ పెరుగుదల సమయంలో మైక్రోట్యూబ్స్ యొక్క తొలగింపు:

. 

(బి) రిఫ్లెక్షన్ మోడ్‌లో అదే ప్రాంతం యొక్క ఆప్టికల్ మైక్రోగ్రాఫ్, మైక్రోట్యూబ్‌లు పూర్తిగా కప్పబడి ఉన్నాయని సూచిస్తుంది.

.

టయోటా మరియు సుమిటోమో కార్పొరేషన్ యొక్క సంబంధిత పరిశోధనా బృందాలు మూర్తి 9 (ఎ) మరియు (బి) లో చూపిన విధంగా, "మెస్సాస్ ఎత్తు నియంత్రణ" సాంకేతిక పరిజ్ఞానాన్ని ఉపయోగించడం ద్వారా కృత్రిమంగా నియంత్రించదగిన క్రిస్టల్ వ్యాసం విస్తరణను విజయవంతంగా సాధించాయి.

మూర్తి 9: (ఎ) TSSG పద్ధతిలో నెలవంక వంటి స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం. 

. 

(సి) 2.5 మిమీ నెలల ఎత్తులో 20 గం వరకు పెరుగుదల; 

.

(ఇ) 35 గం వరకు పెరుగుదల, నెలవంక వంటి ఎత్తు క్రమంగా 1.5 మిమీ నుండి పెద్ద విలువకు పెరుగుతుంది.

(3) పివిటి పద్ధతిలో పోలిస్తే, SIC స్ఫటికాల యొక్క స్థిరమైన P- రకం డోపింగ్‌ను సాధించడం TSSG పద్ధతి సులభం. ఉదాహరణకు, షిరాయ్ మరియు ఇతరులు. టయోటా 2014 లో నివేదించింది, వారు మూర్తి 10 లో చూపిన విధంగా TSSG పద్ధతి ద్వారా తక్కువ-నిరోధక P- రకం 4H-SIC స్ఫటికాలను పెంచారు.

మూర్తి 10: (ఎ) TSSG పద్ధతి ద్వారా పెరిగిన P- రకం SIC సింగిల్ క్రిస్టల్ యొక్క సైడ్ వ్యూ; 

(బి) క్రిస్టల్ యొక్క రేఖాంశ విభాగం యొక్క ట్రాన్స్మిషన్ ఆప్టికల్ ఛాయాచిత్రం; 

.

06 తీర్మానం మరియు దృక్పథం

SIC సింగిల్ స్ఫటికాల పెరుగుతున్న TSSG పద్ధతి గత 20 ఏళ్లలో గొప్ప పురోగతిని సాధించింది, మరియు కొన్ని జట్లు TSSG పద్ధతి ద్వారా 4-అంగుళాల 4-అంగుళాల SIC సింగిల్ స్ఫటికాలను పెంచాయి.

ఏదేమైనా, ఈ సాంకేతిక పరిజ్ఞానం యొక్క మరింత అభివృద్ధికి కింది కీలక అంశాలలో పురోగతి అవసరం:

(1) ద్రావణం యొక్క థర్మోడైనమిక్ లక్షణాల యొక్క లోతైన అధ్యయనం;

(2) వృద్ధి రేటు మరియు క్రిస్టల్ నాణ్యత మధ్య సమతుల్యత;

(3) స్థిరమైన క్రిస్టల్ పెరుగుదల పరిస్థితుల స్థాపన;

(4) శుద్ధి చేసిన డైనమిక్ కంట్రోల్ టెక్నాలజీ అభివృద్ధి.

TSSG పద్ధతి ఇప్పటికీ పివిటి పద్ధతి వెనుక కొంతవరకు ఉన్నప్పటికీ, ఈ రంగంలో పరిశోధకుల నిరంతర ప్రయత్నాలతో, TSSG పద్ధతి ద్వారా పెరుగుతున్న SIC సింగిల్ స్ఫటికాల యొక్క ప్రధాన శాస్త్రీయ సమస్యలు నిరంతరం పరిష్కరించబడతాయి మరియు వృద్ధి ప్రక్రియలో కీ టెక్నాలజీస్ నిరంతరం విచ్ఛిన్నమవుతాయి, ఈ సాంకేతిక పరిజ్ఞానం కూడా పూర్తిస్థాయిలో పెరుగుతుంది మరియు ఈ సాంకేతిక పరిజ్ఞానం మరియు పెరుగుతుంది. SIC పరిశ్రమ యొక్క వేగవంతమైన అభివృద్ధి.