దశ-నియంత్రిత ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల అంటే ఏమిటి?

SiC పవర్ పరికరాల తయారీకి సంబంధించిన ప్రధాన సాంకేతికతలలో ఒకటిగా, SiC ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ టెక్నాలజీ ద్వారా పెరిగిన ఎపిటాక్సీ నాణ్యత నేరుగా SiC పరికరాల పనితీరును ప్రభావితం చేస్తుంది. ప్రస్తుతం, అత్యంత ప్రధాన స్రవంతి SiC ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ టెక్నాలజీ రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (CVD).

SIC యొక్క అనేక స్థిరమైన క్రిస్టల్ పాలిటైప్స్ ఉన్నాయి. అందువల్ల, పొందిన ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ పొరను నిర్దిష్ట క్రిస్టల్ పాలిటైప్‌ను వారసత్వంగా పొందటానికిSiC సబ్‌స్ట్రేట్, ఉపరితలం యొక్క త్రిమితీయ పరమాణు అమరిక సమాచారాన్ని ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ లేయర్‌కు బదిలీ చేయడం అవసరం మరియు దీనికి కొన్ని ప్రత్యేక పద్ధతులు అవసరం. క్యోటో విశ్వవిద్యాలయం యొక్క ప్రొఫెసర్ ఎమెరిటస్ హిరోయుకి మాట్సునామి మరియు ఇతరులు అటువంటి SIC ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ టెక్నాలజీని ప్రతిపాదించారు, ఇది SIC ఉపరితలం యొక్క తక్కువ-ఇండెక్స్ క్రిస్టల్ విమానంపై రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (CVD) ను ఒక చిన్న ఆఫ్-కోణ దిశలో తగిన వృద్ధి పరిస్థితులలో నిర్వహిస్తుంది. ఈ సాంకేతిక పద్ధతిని స్టెప్-కంట్రోల్డ్ ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ మెథడ్ అని కూడా పిలుస్తారు.

దశ-నియంత్రిత ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ పద్ధతి ద్వారా SIC ఎపిటాక్సియల్ వృద్ధిని ఎలా నిర్వహించాలో మూర్తి 1 చూపిస్తుంది. శుభ్రమైన మరియు ఆఫ్-యాంగిల్ సిక్ ఉపరితలం యొక్క ఉపరితలం దశల పొరలుగా ఏర్పడుతుంది మరియు పరమాణు-స్థాయి దశ మరియు పట్టిక నిర్మాణం పొందబడుతుంది. ముడి పదార్థ వాయువు ప్రవేశపెట్టినప్పుడు, ముడి పదార్థం SIC ఉపరితలం యొక్క ఉపరితలంపై సరఫరా చేయబడుతుంది మరియు పట్టికపై కదిలే ముడి పదార్థం క్రమం యొక్క దశల ద్వారా సంగ్రహించబడుతుంది. స్వాధీనం చేసుకున్న ముడి పదార్థం యొక్క క్రిస్టల్ పాలిటైప్‌కు అనుగుణంగా ఒక అమరికను ఏర్పరుస్తుందిSiC సబ్‌స్ట్రేట్సంబంధిత స్థితిలో, ఎపిటాక్సియల్ పొర SIC ఉపరితలం యొక్క నిర్దిష్ట క్రిస్టల్ పాలిటైప్‌ను విజయవంతంగా వారసత్వంగా పొందుతుంది.

మూర్తి 1: ఆఫ్-యాంగిల్‌తో SiC సబ్‌స్ట్రేట్ యొక్క ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ (0001)

వాస్తవానికి, దశ-నియంత్రిత ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ టెక్నాలజీతో సమస్యలు ఉండవచ్చు. వృద్ధి పరిస్థితులు తగిన పరిస్థితులకు అనుగుణంగా లేనప్పుడు, ముడి పదార్థాలు మెట్లపై కాకుండా టేబుల్‌పై న్యూక్లియేట్ మరియు స్ఫటికాలను ఉత్పత్తి చేస్తాయి, ఇది వేర్వేరు క్రిస్టల్ పాలిటైప్‌ల పెరుగుదలకు దారితీస్తుంది, దీనివల్ల ఆదర్శ ఎపిటాక్సియల్ పొర పెరగడంలో విఫలమవుతుంది. ఎపిటాక్సియల్ పొరలో భిన్నమైన పాలిటైప్స్ కనిపిస్తే, సెమీకండక్టర్ పరికరం ప్రాణాంతక లోపాలతో మిగిలిపోవచ్చు. అందువల్ల, దశ-నియంత్రిత ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ టెక్నాలజీలో, దశ వెడల్పు సహేతుకమైన పరిమాణానికి చేరుకోవడానికి విక్షేపం యొక్క డిగ్రీని రూపొందించాలి. అదే సమయంలో, ముడి పదార్థ వాయువులో Si ముడి పదార్థాలు మరియు సి ముడి పదార్థాల ఏకాగ్రత, పెరుగుదల ఉష్ణోగ్రత మరియు ఇతర పరిస్థితులు కూడా దశలపై స్ఫటికాల ప్రాధాన్యత ఏర్పడటానికి పరిస్థితులను తీర్చాలి. ప్రస్తుతం, ప్రధాన ఉపరితలం4H-రకం SiC సబ్‌స్ట్రేట్మార్కెట్‌లో 4° విక్షేపం కోణం (0001) ఉపరితలాన్ని ప్రదర్శిస్తుంది, ఇది స్టెప్-నియంత్రిత ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ టెక్నాలజీ మరియు బౌల్ నుండి పొందిన పొరల సంఖ్యను పెంచడం యొక్క అవసరాలు రెండింటినీ తీర్చగలదు.

SIC ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల కోసం రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ పద్ధతిలో అధిక-స్వచ్ఛత హైడ్రోజన్‌ను క్యారియర్‌గా ఉపయోగిస్తారు, మరియు Si ముడి పదార్థాలైన SIH4 మరియు C3H8 వంటి C3H8 వంటి C3H పదార్థాలు SIC ఉపరితలం యొక్క ఉపరితలంపై ఇన్పుట్ చేస్తాయి, దీని ఉపరితల ఉష్ణోగ్రత ఎల్లప్పుడూ వద్ద నిర్వహించబడుతుంది 1500-1600. 1500-1600 ° C ఉష్ణోగ్రత వద్ద, పరికరాల లోపలి గోడ యొక్క ఉష్ణోగ్రత తగినంతగా లేకపోతే, ముడి పదార్థాల సరఫరా సామర్థ్యం మెరుగుపరచబడదు, కాబట్టి వేడి గోడ రియాక్టర్‌ను ఉపయోగించడం అవసరం. నిలువు, క్షితిజ సమాంతర, మల్టీ-వాఫర్ మరియు సింగిల్- సహా అనేక రకాల SIC ఎపిటాక్సియల్ వృద్ధి పరికరాలు ఉన్నాయిపొరరకాలు. గణాంకాలు 2, 3 మరియు 4 మూడు రకాల SIC ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ పరికరాల యొక్క రియాక్టర్ భాగం యొక్క గ్యాస్ ప్రవాహం మరియు ఉపరితల ఆకృతీకరణను చూపుతాయి.

మూర్తి 2 మల్టీ-చిప్ భ్రమణం మరియు విప్లవం

మూర్తి 3 మల్టీ-చిప్ విప్లవం

మూర్తి 4 సింగిల్ చిప్

SiC ఎపిటాక్సియల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌ల భారీ ఉత్పత్తిని సాధించడానికి పరిగణించవలసిన అనేక కీలక అంశాలు ఉన్నాయి: ఎపిటాక్సియల్ పొర మందం యొక్క ఏకరూపత, డోపింగ్ ఏకాగ్రత యొక్క ఏకరూపత, దుమ్ము, దిగుబడి, కాంపోనెంట్ రీప్లేస్‌మెంట్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు నిర్వహణ సౌలభ్యం. వాటిలో, డోపింగ్ ఏకాగ్రత యొక్క ఏకరూపత నేరుగా పరికరం యొక్క వోల్టేజ్ నిరోధక పంపిణీని ప్రభావితం చేస్తుంది, కాబట్టి పొర ఉపరితలం, బ్యాచ్ మరియు బ్యాచ్ యొక్క ఏకరూపత చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది. అదనంగా, రియాక్టర్‌లోని భాగాలకు జోడించిన ప్రతిచర్య ఉత్పత్తులు మరియు వృద్ధి ప్రక్రియలో ఎగ్జాస్ట్ సిస్టమ్ దుమ్ము మూలంగా మారుతుంది మరియు ఈ దుమ్ములను ఎలా సౌకర్యవంతంగా తొలగించాలి అనేది కూడా ఒక ముఖ్యమైన పరిశోధన దిశ.

SIC ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల తరువాత, విద్యుత్ పరికరాలను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించే అధిక-స్వచ్ఛత SIC సింగిల్ క్రిస్టల్ పొరను పొందవచ్చు. అదనంగా, ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల ద్వారా, ఉపరితలంలో ఉన్న బేసల్ విమానం తొలగుట (బిపిడి) ను సబ్‌స్ట్రేట్/డ్రిఫ్ట్ లేయర్ ఇంటర్‌ఫేస్ వద్ద థ్రెడింగ్ ఎడ్జ్ డిస్లోకేషన్ (టెడ్) గా మార్చవచ్చు (మూర్తి 5 చూడండి). బైపోలార్ కరెంట్ ద్వారా ప్రవహించినప్పుడు, బిపిడి లోపం విస్తరణకు గురిచేస్తుంది, దీని ఫలితంగా రెసిస్టెన్స్ పెరగడం వంటి పరికర లక్షణాల క్షీణత ఏర్పడుతుంది. అయినప్పటికీ, BPD ను TED గా మార్చిన తరువాత, పరికరం యొక్క విద్యుత్ లక్షణాలు ప్రభావితం కావు. ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల బైపోలార్ కరెంట్ వల్ల కలిగే పరికర క్షీణతను గణనీయంగా తగ్గిస్తుంది.

మూర్తి 5: ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదలకు ముందు మరియు తరువాత SiC సబ్‌స్ట్రేట్ యొక్క BPD మరియు మార్పిడి తర్వాత TED క్రాస్ సెక్షన్

SIC యొక్క ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదలలో, డ్రిఫ్ట్ పొర మరియు ఉపరితలం మధ్య బఫర్ పొర తరచుగా చేర్చబడుతుంది. N- రకం డోపింగ్ యొక్క అధిక సాంద్రత కలిగిన బఫర్ పొర మైనారిటీ క్యారియర్‌ల పున omb సంయోగాన్ని ప్రోత్సహిస్తుంది. అదనంగా, బఫర్ పొర బేసల్ ప్లేన్ డిస్లోకేషన్ (బిపిడి) మార్పిడి యొక్క పనితీరును కలిగి ఉంది, ఇది ఖర్చుపై గణనీయమైన ప్రభావాన్ని చూపుతుంది మరియు ఇది చాలా ముఖ్యమైన పరికర తయారీ సాంకేతికత.