Zer da pausoz kontrolatutako hazkunde epitaxiala?

SiC potentzia-gailuak prestatzeko oinarrizko teknologietako bat denez, SiC epitaxiaren hazkunde-teknologiak hazitako epitaxiaren kalitateak zuzenean eragingo du SiC gailuen errendimenduan. Gaur egun, SiC hazkuntza epitaxialaren teknologia nagusiena lurrun-deposizio kimikoa (CVD) da.

SiC-ren kristal politipo egonkor asko daude. Hori dela eta, lortutako hazkunde epitaxialaren geruzak kristal politipo espezifikoa hereda dezan.SiC substratua, beharrezkoa da substratuaren hiru dimentsioko antolamendu atomikoaren informazioa hazkunde epitaxialeko geruzara transferitzea, eta horretarako metodo berezi batzuk behar dira. Hiroyuki Matsunami, Kyotoko Unibertsitateko irakasle emerituak eta beste batzuek SiC epitaxial hazkuntza teknologia bat proposatu zuten, hazkuntza-baldintza egokietan SiC substratuaren indize baxuko kristal-planoan lurrun-deposizio kimikoa (CVD) egiten duena. Metodo tekniko honi urrats-kontrolatutako hazkunde epitaxial metodoa ere deitzen zaio.

1. irudiak SiC epitaxia-hazkundea nola egin erakusten du urrats-kontrolatutako hazkunde epitaxialeko metodoaren bidez. SiC substratu garbi eta angelu gabeko baten gainazala urrats geruzatan eratzen da, eta maila molekularreko urratsa eta mahaiaren egitura lortzen da. Lehengaiaren gasa sartzen denean, lehengaia SiC substratuaren gainazalera hornitzen da, eta mahai gainean mugitzen den lehengaia sekuentzian atzematen da. Harrapatutako lehengaiak kristalaren politipoarekin bat datorren antolamendua osatzen dueneanSiC substratuadagokion posizioan, geruza epitaxialak arrakastaz heredatzen du SiC substratuaren kristal politipo espezifikoa.

1. Irudia: SiC substratuaren hazkunde epitaxiala off-angelu batekin (0001)

Jakina, arazoak egon daitezke urrats-kontrolatutako hazkunde epitaxialaren teknologiarekin. Hazkunde-baldintzek baldintza egokiak betetzen ez dituztenean, lehengaiek mahai gainean nukleatu eta kristalak sortuko dituzte eskaileretan baino, eta horrek kristal politipo ezberdinen hazkuntza ekarriko du, geruza epitaxial ezin hobea haztea eraginez. Geruza epitaxialean politipo heterogeneoak agertzen badira, gailu erdieroaleak akats hilgarriak gera daitezke. Hori dela eta, urrats-kontrolatutako hazkuntza epitaxialaren teknologian, desbideratze-maila diseinatu behar da urratsaren zabalera zentzuzko tamainara iristeko. Aldi berean, Si lehengaien eta C lehengaien kontzentrazioa lehengai gasean, hazkuntza-tenperaturak eta beste baldintza batzuek ere urratsetan kristalak eratzeko baldintzak bete behar dituzte. Gaur egun, nagusiaren azalera4H motako SiC substratuamerkatuan 4°-ko desbideratze-angelua (0001) azalera aurkezten du, eta horrek bai urrats-kontrolatutako hazkunde epitaxialaren teknologiaren eskakizunak eta boletik lortutako obleen kopurua areagotzea ere bete dezake.

Garbitasun handiko hidrogenoa eramaile gisa erabiltzen da SiC epitaxialaren hazkuntzarako lurrun-deposizio kimikoko metodoan, eta SiH4 bezalako lehengaiak eta C3H8 bezalako lehengaiak SiC substratuaren gainazalean sartzen dira, substratuaren tenperatura beti mantentzen baita. 1500-1600 ℃. 1500-1600 °C-ko tenperaturan, ekipoaren barruko hormaren tenperatura nahikoa ez bada, lehengaien hornikuntzaren eraginkortasuna ez da hobetuko, beraz, beharrezkoa da horma beroko erreaktore bat erabiltzea. SiC epitaxial hazkuntzako ekipamendu mota asko daude, besteak beste, bertikala, horizontala, ostia anitzekoa eta bakarrekoa.ostiamotak. 2, 3 eta 4 irudiek SiC hazkuntza epitaxialeko ekipoen hiru motatako erreaktorearen zatiaren gas-fluxua eta substratuaren konfigurazioa erakusten dute.

2. Irudia Txirbil anitzeko biraketa eta iraultza

3. irudia Txip anitzeko iraultza

4. Irudia Txip bakarra

Hainbat puntu gako kontuan hartu behar dira SiC substratu epitaxialen produkzio masiboa lortzeko: geruza epitaxialaren lodieraren uniformetasuna, dopinaren kontzentrazio uniformea, hautsa, etekina, osagaiak ordezkatzeko maiztasuna eta mantentze-lanaren erosotasuna. Horien artean, dopinaren kontzentrazioen uniformetasunak zuzenean eragingo du gailuaren tentsio-erresistentzia banaketan, beraz, obleen gainazalaren, lotearen eta lotearen uniformetasuna oso handia da. Horrez gain, hazkuntza prozesuan erreaktoreko osagaiei eta ihes-sistemari atxikitako erreakzio-produktuak hauts-iturri bihurtuko dira, eta hauts horiek modu erosoan kentzea ere ikerketaren norabide garrantzitsua da.

SiC epitaxiaren hazkuntzaren ondoren, potentzia-gailuak fabrikatzeko erabil daitekeen SiC kristal bakarreko purutasun handiko geruza bat lortzen da. Horrez gain, hazkunde epitaxialaren bidez, substratuan dagoen basal planoko dislokazioa (BPD) ere bihur daiteke harizko ertzaren dislokazio (TED) substratu/derrift geruzaren interfazean (ikus 5. irudia). Korronte bipolarra igarotzen denean, BPD-ak akatsen pilaketa-hedapena jasango du, eta, ondorioz, gailuaren ezaugarriak hondatuko dira, hala nola erresistentzia handitzea. Hala ere, BPD TED bihurtu ondoren, gailuaren ezaugarri elektrikoei ez zaie eragingo. Hazkunde epitaxialak korronte bipolarrak eragindako gailuaren degradazioa nabarmen murrizten du.

5. Irudia: SiC substratuaren BPD hazkuntza epitaxialaren aurretik eta ondoren eta TED gurutze-sekzioa bihurketa ondoren

SiC-ren hazkuntza epitaxialean, sarritan geruza tampon bat txertatzen da noraeza geruzaren eta substratuaren artean. n motako dopinaren kontzentrazio handia duen buffer-geruzak eramaile minoritarioen birkonbinazioa susta dezake. Horrez gain, buffer-geruzak plano basalaren dislokazioaren (BPD) bihurtzeko funtzioa ere badu, kostuan eragin handia du eta gailuak fabrikatzeko teknologia oso garrantzitsua da.