Čo je to stupňovito riadený epitaxný rast？

Ako jedna z kľúčových technológií na prípravu SiC napájacích zariadení bude kvalita epitaxie pestovanej technológiou epitaxného rastu SiC priamo ovplyvňovať výkon SiC zariadení. V súčasnosti je najbežnejšou technológiou epitaxného rastu SiC chemická depozícia z pár (CVD).

Existuje mnoho stabilných kryštálových polytypov SiC. Preto, aby sa umožnilo získanej vrstve epitaxného rastu zdediť špecifický kryštálový polytypSiC substrátje potrebné preniesť informácie o trojrozmernom atómovom usporiadaní substrátu do vrstvy epitaxného rastu, čo si vyžaduje niektoré špeciálne metódy. Hiroyuki Matsunami, emeritný profesor z Kjótskej univerzity, a ďalší navrhli takú technológiu epitaxného rastu SiC, ktorá vykonáva chemickú depozíciu pár (CVD) na kryštálovej rovine substrátu SiC s malým indexom mimo uhla za vhodných podmienok rastu. Táto technická metóda sa tiež nazýva metóda epitaxného rastu s riadeným krokom.

Obrázok 1 ukazuje, ako uskutočniť epitaxný rast SiC metódou krokovo riadeného epitaxného rastu. Povrch čistého a nerovnomerného SiC substrátu sa sformuje do vrstiev stupňov a získa sa stupeň a štruktúra stola na molekulárnej úrovni. Keď sa zavádza plyn suroviny, surovina sa dodáva na povrch substrátu SiC a surovina pohybujúca sa na stole je zachytená postupnými krokmi. Keď zachytená surovina vytvorí usporiadanie v súlade s kryštálovým polytypomSiC substrátv zodpovedajúcej polohe epitaxná vrstva úspešne zdedí špecifický kryštálový polytyp substrátu SiC.

Obrázok 1: Epitaxný rast substrátu SiC s odchýlkou ​​uhla (0001)

Samozrejme, môžu sa vyskytnúť problémy s technológiou stupňovito riadeného epitaxného rastu. Keď rastové podmienky nespĺňajú vhodné podmienky, suroviny budú nukleovať a vytvárať kryštály na stole a nie na schodoch, čo povedie k rastu rôznych kryštálových polytypov, čo spôsobí, že ideálna epitaxná vrstva nebude rásť. Ak sa v epitaxnej vrstve objavia heterogénne polytypy, polovodičové zariadenie môže zostať so smrteľnými defektmi. Preto v technológii epitaxného rastu s riadeným krokom musí byť stupeň vychýlenia navrhnutý tak, aby šírka kroku dosiahla primeranú veľkosť. Zároveň koncentrácia Si surovín a C surovín v surovinovom plyne, teplota rastu a ďalšie podmienky musia spĺňať aj podmienky pre prioritnú tvorbu kryštálov na schodoch. V súčasnosti je povrch hlsubstrát SiC typu 4Hna trhu predstavuje 4° uhol vychýlenia (0001) povrch, ktorý dokáže splniť požiadavky technológie stupňovito riadeného epitaxného rastu a zvýšenie počtu plátkov získaných z gule.

Vysoko čistý vodík sa používa ako nosič v metóde chemického nanášania pár pre epitaxný rast SiC a suroviny Si, ako je SiH4 a suroviny C, ako je C3H8, sa privádzajú na povrch substrátu SiC, ktorého teplota substrátu sa vždy udržiava na 1500-1600 ℃. Pri teplote 1500-1600°C, ak teplota vnútornej steny zariadenia nie je dostatočne vysoká, účinnosť dodávky surovín sa nezlepší, preto je potrebné použiť teplostenný reaktor. Existuje mnoho typov zariadení na epitaxný rast SiC, vrátane vertikálneho, horizontálneho, viacvrstvového a jednovrstvovéhooblátkatypy. Obrázky 2, 3 a 4 znázorňujú prietok plynu a konfiguráciu substrátu reaktorovej časti troch typov zariadení na epitaxný rast SiC.

Obrázok 2 Rotácia a otáčky viacerých čipov

Obrázok 3 Viacčipová revolúcia

Obrázok 4 Jeden čip

Na dosiahnutie masovej výroby epitaxných substrátov SiC je potrebné zvážiť niekoľko kľúčových bodov: rovnomernosť hrúbky epitaxnej vrstvy, rovnomernosť koncentrácie dopingu, prach, výťažnosť, frekvencia výmeny komponentov a pohodlnosť údržby. Medzi nimi rovnomernosť koncentrácie dopingu priamo ovplyvní rozloženie odporu napätia zariadenia, takže rovnomernosť povrchu plátku, šarže a šarže je veľmi vysoká. Okrem toho sa reakčné produkty pripojené ku komponentom v reaktore a výfukovom systéme počas procesu rastu stanú zdrojom prachu a dôležitým smerom výskumu je aj to, ako tento prach pohodlne odstrániť.

Po epitaxnom raste SiC sa získa vrstva monokryštálu SiC s vysokou čistotou, ktorú možno použiť na výrobu energetických zariadení. Okrem toho, prostredníctvom epitaxného rastu môže byť dislokácia bazálnej roviny (BPD) existujúca v substráte tiež premenená na dislokáciu hrany závitu (TED) na rozhraní substrát/drift vrstva (pozri obrázok 5). Keď cez ňu preteká bipolárny prúd, BPD bude podliehať expanzii stohovacej chyby, čo bude mať za následok zhoršenie charakteristík zariadenia, ako je zvýšený odpor. Po prevedení BPD na TED však nebudú elektrické charakteristiky zariadenia ovplyvnené. Epitaxný rast môže výrazne znížiť degradáciu zariadenia spôsobenú bipolárnym prúdom.

Obrázok 5: BPD substrátu SiC pred a po epitaxnom raste a prierez TED po konverzii

Pri epitaxnom raste SiC sa medzi driftovú vrstvu a substrát často vkladá vyrovnávacia vrstva. Tlmivá vrstva s vysokou koncentráciou dopingu typu n môže podporovať rekombináciu menšinových nosičov. Okrem toho má vyrovnávacia vrstva aj funkciu konverzie dislokácie bazálnej roviny (BPD), ktorá má značný vplyv na cenu a je veľmi dôležitou technológiou výroby zariadenia.