सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल ग्रोथ म्हणजे काय?

जवळ येत आहे | सिलिकॉन कार्बाईड क्रिस्टल ग्रोथचे तत्व

निसर्गात, क्रिस्टल्स सर्वत्र आहेत आणि त्यांचे वितरण आणि अनुप्रयोग खूप विस्तृत आहेत. आणि वेगवेगळ्या क्रिस्टल्समध्ये भिन्न रचना, गुणधर्म आणि तयारी पद्धती आहेत. परंतु त्यांचे सामान्य वैशिष्ट्य असे आहे की क्रिस्टलमधील अणू नियमितपणे व्यवस्था केली जातात आणि विशिष्ट संरचनेसह जाळी नंतर त्रिमितीय जागेत नियतकालिक स्टॅकिंगद्वारे तयार केली जाते. म्हणूनच, क्रिस्टल मटेरियलचे स्वरूप सहसा नियमित भूमितीय आकार सादर करते.

सिलिकॉन कार्बाईड सिंगल क्रिस्टल सब्सट्रेट मटेरियल (त्यानंतर एसआयसी सब्सट्रेट म्हणून ओळखले जाते) देखील एक प्रकारचे स्फटिकासारखे साहित्य आहे. हे वाइड बँडगॅप सेमीकंडक्टर मटेरियलचे आहे आणि उच्च व्होल्टेज प्रतिरोध, उच्च तापमान प्रतिरोध, उच्च वारंवारता, कमी तोटा इत्यादींचे फायदे आहेत. उच्च-शक्ती इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे आणि मायक्रोवेव्ह आरएफ उपकरणे तयार करण्यासाठी ही एक मूलभूत सामग्री आहे.

एसआयसीची क्रिस्टल स्ट्रक्चर

एसआयसी ही एक आयव्ही-आयव्ही कंपाऊंड सेमीकंडक्टर सामग्री आहे जी 1: 1 च्या स्टोइचिओमेट्रिक रेशोमध्ये कार्बन आणि सिलिकॉनपासून बनलेली आहे आणि त्याची कडकपणा डायमंडच्या दुसर्‍या क्रमांकावर आहे.

कार्बन आणि सिलिकॉन दोन्ही अणूंमध्ये 4 व्हॅलेन्स इलेक्ट्रॉन आहेत, जे 4 कोव्हॅलेंट बॉन्ड्स तयार करू शकतात. एसआयसी क्रिस्टल, एसआयसी टेट्राशेड्रॉनचे मूलभूत स्ट्रक्चरल युनिट सिलिकॉन आणि कार्बन अणूंच्या दरम्यान टेट्राशेड्रल बंधनातून उद्भवते. सिलिकॉन आणि कार्बन अणूंची दोन्ही समन्वय संख्या 4 आहे, म्हणजेच प्रत्येक कार्बन अणूभोवती 4 सिलिकॉन अणू असतात आणि प्रत्येक सिलिकॉन अणूभोवती 4 कार्बन अणू असतात.

क्रिस्टल मटेरियल म्हणून, एसआयसी सब्सट्रेटमध्ये अणु थरांच्या नियतकालिक स्टॅकिंगचे वैशिष्ट्य देखील असते. एसआय-सी डायटॉमिक थर [0001] दिशेने स्टॅक केलेले आहेत. थरांमधील बाँड उर्जेमधील लहान फरकानुसार, अणू थरांच्या दरम्यान भिन्न कनेक्शन मोड सहजपणे तयार केले जातात, ज्यामुळे 200 पेक्षा जास्त एसआयसी पॉलिटाइप होते. सामान्य पॉलिटाइप्समध्ये 2 एच-एसआयसी, 3 सी-एसआयसी, 4 एच-एसआयसी, 6 एच-एसआयसी, 15 आर-एसआयसी इत्यादींचा समावेश आहे, त्यापैकी "एबीसीबी" च्या क्रमाने स्टॅकिंग अनुक्रम 4 एच पॉलिटाइप म्हणतात. जरी एसआयसीच्या वेगवेगळ्या पॉलिटाइप्समध्ये समान रासायनिक रचना आहे, परंतु त्यांचे भौतिक गुणधर्म, विशेषत: बँडगॅप रुंदी, वाहक गतिशीलता आणि इतर वैशिष्ट्ये बरेच भिन्न आहेत. आणि 4 एच पॉलिटाइपचे गुणधर्म सेमीकंडक्टर अनुप्रयोगांसाठी अधिक योग्य आहेत.

2 एच-सिक

4 एच-सिक

6 एच-सिक

तापमान आणि दबाव यासारख्या वाढीच्या पॅरामीटर्स वाढीच्या प्रक्रियेदरम्यान 4 एच-एसआयसीच्या स्थिरतेवर लक्षणीय परिणाम करतात. म्हणूनच, उच्च गुणवत्ता आणि एकसमानतेसह एकल क्रिस्टल सामग्री प्राप्त करण्यासाठी, तयारी दरम्यान वाढीचे तापमान, वाढीचा दबाव आणि वाढीचा दर यासारख्या पॅरामीटर्सचे तंतोतंत नियंत्रित केले जाणे आवश्यक आहे.

एसआयसीची तयारी पद्धत: भौतिक वाष्प वाहतूक पद्धत (पीव्हीटी)

सध्या, सिलिकॉन कार्बाईडच्या तयारीच्या पद्धती म्हणजे भौतिक वाष्प वाहतूक पद्धत (पीव्हीटी) ， उच्च तापमान रासायनिक वाष्प जमा पद्धत (एचटीसीव्हीडी) आणि लिक्विड फेज पद्धत (एलपीई). आणि पीव्हीटी ही एक मुख्य प्रवाहात पद्धत आहे जी औद्योगिक वस्तुमान उत्पादनासाठी योग्य आहे.

(अ) एसआयसी बाउल्स आणि 

(बी) मॉर्फोलॉजी आणि क्रिस्टल ग्रोथ इंटरफेस आणि शर्तींबद्दल उत्कृष्ट तपशील प्रतिमेसाठी पीव्हीटी ग्रोथचे 2 डी व्हिज्युअलायझेशन 2 डी व्हिज्युअलायझेशन

पीव्हीटीच्या वाढीदरम्यान, एसआयसी बियाणे क्रिस्टल क्रूसिबलच्या शीर्षस्थानी ठेवले जाते तर स्त्रोत सामग्री (एसआयसी पावडर) तळाशी ठेवली जाते. उच्च तापमान आणि कमी दाब असलेल्या बंद वातावरणात, एसआयसी पावडर सबलीमेट्स आणि नंतर तापमान ग्रेडियंट आणि एकाग्रतेच्या फरकाच्या परिणामी बियाण्याजवळील जागेपर्यंत वरच्या दिशेने वाहतूक होते. आणि सुपरसॅच्युरेटेड राज्यात पोहोचल्यानंतर हे पुन्हा स्थापित होईल. या पद्धतीद्वारे, एसआयसी क्रिस्टलचे आकार आणि पॉलिटाइप नियंत्रित केले जाऊ शकते.

तथापि, पीव्हीटी पद्धतीत संपूर्ण वाढीच्या प्रक्रियेमध्ये योग्य वाढीची स्थिती राखणे आवश्यक आहे, अन्यथा यामुळे जाळीचा विकार होईल आणि अवांछित दोष तयार होतील. याव्यतिरिक्त, एसआयसी क्रिस्टल वाढ मर्यादित देखरेखीच्या पद्धती आणि बर्‍याच व्हेरिएबल्ससह बंद असलेल्या जागेत पूर्ण केली जाते, अशा प्रकारे प्रक्रियेचे नियंत्रण कठीण आहे.

एकल क्रिस्टल वाढण्याची मुख्य यंत्रणा: चरण प्रवाह वाढ

पीव्हीटी पद्धतीने वाढत्या एसआयसी क्रिस्टलच्या प्रक्रियेत, चरण प्रवाह वाढ ही एकल क्रिस्टल्स तयार करण्याची मुख्य यंत्रणा मानली जाते. वाष्पीकृत एसआय आणि सी अणू प्राधान्याने पाय steps ्या आणि किंक्सवर क्रिस्टल पृष्ठभागावरील अणूंशी बंधन घालतील, जिथे ते न्यूक्लिएट आणि वाढतील, जेणेकरून प्रत्येक चरण समांतर पुढे जाईल. जेव्हा वाढीच्या पृष्ठभागावरील प्रत्येक चरणातील रुंदी शोषलेल्या अणूंच्या प्रसार मुक्त मार्गापेक्षा जास्त असते, तेव्हा मोठ्या संख्येने शोषक अणू एकत्र येऊ शकतात आणि द्विमितीय बेट तयार करतात, ज्यामुळे चरण प्रवाह वाढीचा मोड नष्ट होतो, परिणामी 4 एचऐवजी इतर पॉलिटाइप तयार होतात. म्हणूनच, प्रक्रियेच्या पॅरामीटर्सचे समायोजन वाढीच्या पृष्ठभागावरील चरण रचना नियंत्रित करणे आहे, जेणेकरून अवांछित पॉलिटाइप्स तयार होण्यापासून प्रतिबंधित करणे आणि 4 एच सिंगल क्रिस्टल स्ट्रक्चर मिळविण्याचे उद्दीष्ट साध्य करणे आणि शेवटी उच्च-गुणवत्तेचे क्रिस्टल्स तयार करणे.

एसआयसी सिंगल क्रिस्टलसाठी चरण प्रवाह वाढ

क्रिस्टलची वाढ ही उच्च प्रतीची एसआयसी सब्सट्रेट तयार करण्यासाठी फक्त पहिली पायरी आहे. वापरण्यापूर्वी, 4 एच-सिक इनगोटला काप, लॅपिंग, बेव्हलिंग, पॉलिशिंग, साफसफाई आणि तपासणी यासारख्या प्रक्रियांच्या मालिकेतून जाणे आवश्यक आहे. एक कठोर परंतु ठिसूळ सामग्री म्हणून, एसआयसी सिंगल क्रिस्टलला वेफरिंग चरणांसाठी उच्च तांत्रिक आवश्यकता देखील आहेत. प्रत्येक प्रक्रियेमध्ये व्युत्पन्न झालेल्या कोणत्याही नुकसानीमध्ये विशिष्ट आनुवंशिकता असू शकते, पुढील प्रक्रियेमध्ये हस्तांतरण होते आणि शेवटी उत्पादनाच्या गुणवत्तेवर परिणाम होऊ शकतो. म्हणूनच, एसआयसी सब्सट्रेटसाठी कार्यक्षम वेफरिंग तंत्रज्ञान देखील उद्योगाचे लक्ष वेधून घेते.