SiC సింగిల్ క్రిస్టల్ గ్రోత్‌లో సీడ్ క్రిస్టల్ ప్రిపరేషన్ ప్రాసెస్

సిలికాన్ కార్బైడ్ (SiC)పదార్థం విస్తృత బ్యాండ్‌గ్యాప్, అధిక ఉష్ణ వాహకత, అధిక క్రిటికల్ బ్రేక్‌డౌన్ ఫీల్డ్ బలం మరియు అధిక సంతృప్త ఎలక్ట్రాన్ డ్రిఫ్ట్ వేగం యొక్క ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది, ఇది సెమీకండక్టర్ తయారీ రంగంలో అత్యంత ఆశాజనకంగా ఉంది. SiC సింగిల్ స్ఫటికాలు సాధారణంగా భౌతిక ఆవిరి రవాణా (PVT) పద్ధతి ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడతాయి. ఈ పద్ధతి యొక్క నిర్దిష్ట దశల్లో SiC పౌడర్‌ను గ్రాఫైట్ క్రూసిబుల్ దిగువన ఉంచడం మరియు క్రూసిబుల్ పైభాగంలో SiC సీడ్ క్రిస్టల్‌ను ఉంచడం వంటివి ఉంటాయి. గ్రాఫైట్క్రూసిబుల్SiC యొక్క సబ్లిమేషన్ ఉష్ణోగ్రతకు వేడి చేయబడుతుంది, దీని వలన SiC పౌడర్ Si ఆవిరి, Si2C మరియు SiC2 వంటి ఆవిరి దశ పదార్థాలుగా కుళ్ళిపోతుంది. అక్షసంబంధ ఉష్ణోగ్రత ప్రవణత ప్రభావంతో, ఈ ఆవిరితో కూడిన పదార్థాలు క్రూసిబుల్ పైభాగానికి ఉత్కృష్టమవుతాయి మరియు SiC సీడ్ క్రిస్టల్ యొక్క ఉపరితలంపై ఘనీభవిస్తాయి, SiC సింగిల్ స్ఫటికాలుగా స్ఫటికీకరిస్తాయి.

ప్రస్తుతం, సీడ్ క్రిస్టల్ యొక్క వ్యాసం ఉపయోగించబడిందిSiC సింగిల్ క్రిస్టల్ పెరుగుదలలక్ష్య క్రిస్టల్ వ్యాసంతో సరిపోలాలి. పెరుగుదల సమయంలో, సీడ్ క్రిస్టల్ అంటుకునే ఉపయోగించి క్రూసిబుల్ పైభాగంలో సీడ్ హోల్డర్‌పై స్థిరంగా ఉంటుంది. అయినప్పటికీ, విత్తన స్ఫటికాన్ని ఫిక్సింగ్ చేసే ఈ పద్ధతి సీడ్ హోల్డర్ యొక్క ఉపరితలం యొక్క ఖచ్చితత్వం మరియు అంటుకునే పూత యొక్క ఏకరూపత వంటి కారణాల వల్ల అంటుకునే పొరలో శూన్యాలు వంటి సమస్యలకు దారి తీస్తుంది, దీని ఫలితంగా షట్కోణ శూన్య లోపాలు ఏర్పడవచ్చు. వీటిలో గ్రాఫైట్ ప్లేట్ యొక్క ఫ్లాట్‌నెస్‌ను మెరుగుపరచడం, అంటుకునే పొర మందం యొక్క ఏకరూపతను పెంచడం మరియు సౌకర్యవంతమైన బఫర్ పొరను జోడించడం వంటివి ఉన్నాయి. ఈ ప్రయత్నాలు ఉన్నప్పటికీ, అంటుకునే పొర యొక్క సాంద్రతతో సమస్యలు ఇప్పటికీ ఉన్నాయి మరియు సీడ్ క్రిస్టల్ డిటాచ్మెంట్ ప్రమాదం ఉంది. బంధం పద్ధతిని అవలంబించడం ద్వారాపొరగ్రాఫైట్ కాగితాన్ని మరియు క్రూసిబుల్ పైభాగంలో అతివ్యాప్తి చేయడం ద్వారా, అంటుకునే పొర యొక్క సాంద్రత మెరుగుపరచబడుతుంది మరియు పొర యొక్క నిర్లిప్తతను నిరోధించవచ్చు.

1. ప్రయోగాత్మక పథకం:
ప్రయోగంలో ఉపయోగించిన పొరలు వాణిజ్యపరంగా అందుబాటులో ఉన్నాయి6-అంగుళాల N-రకం SiC పొరలు. ఫోటోరేసిస్ట్ స్పిన్ కోటర్ ఉపయోగించి వర్తించబడుతుంది. స్వీయ-అభివృద్ధి చెందిన సీడ్ హాట్-ప్రెస్ ఫర్నేస్ ఉపయోగించి సంశ్లేషణ సాధించబడుతుంది.

1.1 సీడ్ క్రిస్టల్ ఫిక్సేషన్ పథకం:
ప్రస్తుతం, SiC సీడ్ క్రిస్టల్ సంశ్లేషణ పథకాలను రెండు వర్గాలుగా విభజించవచ్చు: అంటుకునే రకం మరియు సస్పెన్షన్ రకం.

అంటుకునే రకం పథకం (మూర్తి 1): ఇది బంధాన్ని కలిగి ఉంటుందిSiC పొరమధ్య అంతరాలను తొలగించడానికి బఫర్ లేయర్‌గా గ్రాఫైట్ పేపర్‌తో కూడిన గ్రాఫైట్ ప్లేట్‌కుSiC పొరమరియు గ్రాఫైట్ ప్లేట్. వాస్తవ ఉత్పత్తిలో, గ్రాఫైట్ కాగితం మరియు గ్రాఫైట్ ప్లేట్ మధ్య బంధం బలం బలహీనంగా ఉంటుంది, ఇది అధిక-ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదల ప్రక్రియలో తరచుగా విత్తన స్ఫటిక నిర్లిప్తతకు దారితీస్తుంది, ఫలితంగా వృద్ధి వైఫల్యం ఏర్పడుతుంది.

సస్పెన్షన్ టైప్ స్కీమ్ (మూర్తి 2): సాధారణంగా, జిగురు కార్బొనైజేషన్ లేదా పూత పద్ధతులను ఉపయోగించి SiC పొర యొక్క బంధన ఉపరితలంపై దట్టమైన కార్బన్ ఫిల్మ్ సృష్టించబడుతుంది. దిSiC పొరరెండు గ్రాఫైట్ ప్లేట్ల మధ్య బిగించి, గ్రాఫైట్ క్రూసిబుల్ పైభాగంలో ఉంచబడుతుంది, కార్బన్ ఫిల్మ్ పొరను రక్షిస్తున్నప్పుడు స్థిరత్వాన్ని నిర్ధారిస్తుంది. అయితే, పూత ద్వారా కార్బన్ ఫిల్మ్‌ను రూపొందించడం ఖరీదైనది మరియు పారిశ్రామిక ఉత్పత్తికి తగినది కాదు. గ్లూ కార్బొనైజేషన్ పద్ధతి అస్థిరమైన కార్బన్ ఫిల్మ్ నాణ్యతను అందిస్తుంది, బలమైన సంశ్లేషణతో సంపూర్ణ దట్టమైన కార్బన్ ఫిల్మ్‌ను పొందడం కష్టతరం చేస్తుంది. అదనంగా, గ్రాఫైట్ ప్లేట్‌లను బిగించడం వల్ల పొర యొక్క ఉపరితలం యొక్క భాగాన్ని నిరోధించడం ద్వారా దాని ప్రభావవంతమైన పెరుగుదల ప్రాంతాన్ని తగ్గిస్తుంది.

పై రెండు పథకాల ఆధారంగా, కొత్త అంటుకునే మరియు అతివ్యాప్తి పథకం ప్రతిపాదించబడింది (మూర్తి 3):

జిగురు కార్బొనైజేషన్ పద్ధతిని ఉపయోగించి SiC పొర యొక్క బంధన ఉపరితలంపై సాపేక్షంగా దట్టమైన కార్బన్ ఫిల్మ్ సృష్టించబడుతుంది, ఇది ప్రకాశం కింద పెద్ద కాంతి లీకేజీని నిర్ధారిస్తుంది.
కార్బన్ ఫిల్మ్‌తో కప్పబడిన SiC పొర గ్రాఫైట్ పేపర్‌తో బంధించబడింది, బంధం ఉపరితలం కార్బన్ ఫిల్మ్ వైపు ఉంటుంది. అంటుకునే పొర కాంతి కింద ఏకరీతిగా నల్లగా కనిపించాలి.
గ్రాఫైట్ కాగితం గ్రాఫైట్ ప్లేట్‌ల ద్వారా బిగించబడింది మరియు క్రిస్టల్ పెరుగుదల కోసం గ్రాఫైట్ క్రూసిబుల్ పైన సస్పెండ్ చేయబడింది.

1.2 అంటుకునే:
ఫోటోరేసిస్ట్ యొక్క స్నిగ్ధత ఫిల్మ్ మందం ఏకరూపతను గణనీయంగా ప్రభావితం చేస్తుంది. అదే స్పిన్ వేగంతో, తక్కువ స్నిగ్ధత సన్నగా మరియు మరింత ఏకరీతి అంటుకునే చిత్రాలకు దారితీస్తుంది. అందువల్ల, అప్లికేషన్ అవసరాలలో తక్కువ-స్నిగ్ధత ఫోటోరేసిస్ట్ ఎంపిక చేయబడుతుంది.

ప్రయోగం సమయంలో, కార్బోనైజింగ్ అంటుకునే స్నిగ్ధత కార్బన్ ఫిల్మ్ మరియు పొర మధ్య బంధన బలాన్ని ప్రభావితం చేస్తుందని కనుగొనబడింది. అధిక స్నిగ్ధత స్పిన్ కోటర్‌ను ఉపయోగించి ఏకరీతిలో దరఖాస్తు చేయడం కష్టతరం చేస్తుంది, అయితే తక్కువ స్నిగ్ధత బలహీనమైన బంధన బలానికి దారితీస్తుంది, అంటుకునే ప్రవాహం మరియు బాహ్య పీడనం కారణంగా తదుపరి బంధ ప్రక్రియల సమయంలో కార్బన్ ఫిల్మ్ పగుళ్లకు దారితీస్తుంది. ప్రయోగాత్మక పరిశోధన ద్వారా, కార్బొనైజింగ్ అంటుకునే స్నిగ్ధత 100 mPa·sగా నిర్ణయించబడింది మరియు బంధన అంటుకునే స్నిగ్ధత 25 mPa·sకి సెట్ చేయబడింది.

1.3 వర్కింగ్ వాక్యూమ్:
SiC పొరపై కార్బన్ ఫిల్మ్‌ను రూపొందించే ప్రక్రియలో SiC పొర ఉపరితలంపై అంటుకునే పొరను కార్బోనైజ్ చేయడం జరుగుతుంది, ఇది తప్పనిసరిగా వాక్యూమ్ లేదా ఆర్గాన్-రక్షిత వాతావరణంలో నిర్వహించబడుతుంది. అధిక వాక్యూమ్ వాతావరణం కంటే ఆర్గాన్-రక్షిత వాతావరణం కార్బన్ ఫిల్మ్ సృష్టికి మరింత అనుకూలంగా ఉంటుందని ప్రయోగాత్మక ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి. వాక్యూమ్ ఎన్విరాన్మెంట్ ఉపయోగించినట్లయితే, వాక్యూమ్ స్థాయి ≤1 Pa ఉండాలి.

SiC సీడ్ క్రిస్టల్‌ను బంధించే ప్రక్రియలో SiC పొరను గ్రాఫైట్ ప్లేట్/గ్రాఫైట్ పేపర్‌కి బంధించడం ఉంటుంది. అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద గ్రాఫైట్ పదార్థాలపై ఆక్సిజన్ యొక్క ఎరోసివ్ ప్రభావాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, ఈ ప్రక్రియను వాక్యూమ్ పరిస్థితుల్లో నిర్వహించాల్సిన అవసరం ఉంది. అంటుకునే పొరపై వివిధ వాక్యూమ్ స్థాయిల ప్రభావం అధ్యయనం చేయబడింది. ప్రయోగాత్మక ఫలితాలు టేబుల్ 1లో చూపబడ్డాయి. తక్కువ వాక్యూమ్ పరిస్థితుల్లో, గాలిలోని ఆక్సిజన్ అణువులు పూర్తిగా తొలగించబడలేదని, అసంపూర్ణ అంటుకునే పొరలకు దారితీస్తుందని చూడవచ్చు. వాక్యూమ్ స్థాయి 10 Pa కంటే తక్కువగా ఉన్నప్పుడు, అంటుకునే పొరపై ఆక్సిజన్ అణువుల ఎరోసివ్ ప్రభావం గణనీయంగా తగ్గుతుంది. వాక్యూమ్ స్థాయి 1 Pa కంటే తక్కువగా ఉన్నప్పుడు, ఎరోసివ్ ప్రభావం పూర్తిగా తొలగించబడుతుంది.