PVT 방법으로 제조된 SiC 결정

탄화규소 단결정 제조 방법으로는 PVT(Physical Vapor Transport) 방식이 주류를 이루고 있다. 이 방법은 주로 다음과 같이 구성됩니다.석영관 구멍,발열체(유도 코일 또는 흑연 히터),흑연 탄소 펠트 단열재재료, 에흑연 도가니, 탄화 규소 종자 결정, 탄화 규소 분말 및 고온 온도계. 탄화규소 분말은 흑연 도가니 바닥에 위치하며, 종자 결정은 상단에 고정됩니다. 결정 성장 과정은 다음과 같습니다. 가열(유도 또는 저항)을 통해 도가니 바닥의 온도를 2100~2400°C까지 올립니다. 이 높은 온도에서 도가니 바닥에 있는 탄화규소 분말이 분해되어 Si, Si2C, SiC2 등의 기체 물질이 생성됩니다. 공동 내의 온도 및 농도 구배의 영향으로 이러한 기체 물질은 종자 결정의 더 낮은 온도 표면으로 이송되고 점차적으로 응축되고 핵이 형성되어 궁극적으로 탄화규소 결정의 성장을 달성합니다.

물리적 증기 수송법을 사용하여 탄화규소 결정을 성장시킬 때 주의해야 할 주요 기술적 사항은 다음과 같습니다.

1) 결정 성장 온도장 내부의 흑연 재료의 순도는 요구 사항을 충족해야 합니다. 흑연부분의 순도는 5×10-6 이하, 단열펠트의 순도는 10×10-6 이하로 한다. 이 중 B 및 Al 원소의 순도는 0.1×10-6 미만이어야 합니다. 왜냐하면 이 두 원소는 탄화규소 성장 중에 자유 정공을 생성하기 때문입니다. 이 두 원소의 과도한 양은 탄화규소의 전기적 특성을 불안정하게 만들어 탄화규소 장치의 성능에 영향을 미칩니다. 동시에 불순물이 존재하면 결정 결함과 전위가 발생하여 궁극적으로 결정 품질에 영향을 미칠 수 있습니다.

2)종자 결정 극성을 올바르게 선택해야 합니다. C(0001) 평면은 4H-SiC 결정 성장에 사용되고, Si(0001) 평면은 6H-SiC 결정 성장에 사용될 수 있음이 검증되었습니다.

3) 성장을 위해 축외 종자 결정을 사용하십시오. 축외 종자 결정의 최적 각도는 4°이며 결정 방향을 향합니다. 비축 종자 결정은 결정 성장의 대칭성을 변화시키고 결정의 결함을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 결정이 특정 결정 방향을 따라 성장할 수 있도록 하여 단결정 결정을 제조하는 데 유리합니다. 동시에 결정 성장을 더욱 균일하게 만들고 결정의 내부 응력과 변형을 줄이며 결정 품질을 향상시킬 수 있습니다.

4) 좋은 종자 결정 결합 공정. 종자결정의 뒷면은 고온에서 분해, 승화됩니다. 결정이 성장하는 동안 결정 내부에는 육각형 공극이나 심지어 마이크로튜브 결함까지 형성될 수 있으며, 심한 경우에는 대면적 다형성 결정이 생성될 수 있습니다. 따라서 종자결정의 뒷면을 전처리해야 한다. 약 20μm 두께의 치밀한 포토레지스트 층이 종자 결정의 Si 표면에 코팅될 수 있습니다. 약 600°C의 고온 탄화 후 치밀한 탄화막층이 형성됩니다. 그런 다음 고온 및 고압에서 흑연판이나 흑연 종이에 접착됩니다. 이러한 방식으로 얻은 종자 결정은 결정화 품질을 크게 향상시킬 수 있으며 종자 결정 뒷면의 절제를 효과적으로 억제할 수 있습니다.

5) 결정 성장 주기 동안 결정 성장 인터페이스의 안정성을 유지합니다. 탄화규소 결정의 두께가 점차 증가함에 따라 결정 성장 계면은 도가니 바닥에 있는 탄화규소 분말의 상부 표면을 향해 점차 이동합니다. 이로 인해 결정 성장 인터페이스의 성장 환경이 변화되어 열장 및 탄소-실리콘 비율과 같은 매개변수의 변동이 발생합니다. 동시에 대기 물질의 이동 속도를 감소시키고 결정 성장 속도를 늦추어 결정의 지속적이고 안정적인 성장에 위험을 초래합니다. 이러한 문제는 구조와 제어 방법을 최적화하면 어느 정도 완화될 수 있습니다. 도가니 운동 메커니즘을 추가하고 결정 성장 속도에서 축 방향을 따라 천천히 위쪽으로 이동하도록 도가니를 제어하면 결정 성장 인터페이스 성장 환경의 안정성을 보장하고 안정적인 축 및 반경 방향 온도 구배를 유지할 수 있습니다.

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