Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 3 (3-е изд., 1988) (1152098), страница 129
Текст из файла (страница 129)
Второй случай имеет место при скоростях роста, сопоставимых со скоростью диффузии примеси в кристалле. В этом свучае концентрация легирующей примеси зависит от температуры, скорости роста и кристаллографической ориентации растущей грани. Рассмотренные случаи хорошо описываются в рамках представлений о действительном коэффициенте распределения примеси: К«=Ь+ (й — й«) ехр ( — оп/и), где й« вЂ” равновесный коэффициент распределении; й; — отношение концентрации адсорбированных примесных атомов к их концентрации в газовой фазе; ппр Л/Ь вЂ” скорость диффузии примеси в кристадле; Л вЂ” коэффициент диффузии примеси; й — тол~пина элементарного растущего слоя; и — нормальная скорость роста кристалла. Этому же соотношению подчиняются н концентрации основных компонентов (кремния и углерода), и отклонение от стехиометричсского состава растущего кристалла в зависимости от скорости роста.
/(остигнутые предельные максимальные концентрации примесей а карбиде кремния представлены в табл. 19.20. мозонным полупроводникпм нитридом алюм»- ния. На рис. 19.27 иллюстрируются зааисямости основных физико-Химических свойств твердых растворов (3!С) (А!Г() ~, от состава. На рнс. !9.28 изображена зависимость ширины запрещенных зон твердых растворов от состава. Предцолагается, что переход от непрямой структуры энергетических зон к праман происходит при к)05. Хотя карбид кремния и нитрид алюминия легко образуют политипныс структуры, их твердые растворы получены пока со структурой 2Л. Монокристаллы твердых растворов 3!С в А1)( выращивают на затравках карбида кремния, сапфира и нитрида алюминия методом сублимации в атмосфере азота при температуре 1900...2020 'С.
Состав получаемого моно- кристалла задается составом исходной шихты, представляющей собой спек твердого раствора, получаемый методом горячего прессования. [$19.6[ Методы выращивания моиокристпллов карбида кремния 469 196. МЕТОДЫ ВЫРАШИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ КАРБИДА КРЕМНИЯ а) %( «мл) УВВ %( ха 2В УВ 5 В 7 В А' И7 ,4 Огу Об' К Рис. 19.29. Растворимость карбида кремния в низкотемпературных (а) и высокотемпературных растворителях (б) ! — УЬ; 2 — Зп; 3 — Се; 4-Сэ Поскольку собственный расплав карбида кремния может существовать при аномально высоких эначенинх внешнего давления и температуры, то классические методы выращивания монокристаллов из расплава для карбида кремния не применяются.
В связи с этим в настоящее время получили развитие методы выращивания кристаллов нз газовой фазы и из растворов в расплаве. При выращивании кристаллов из растворов в расплаве в качестве растворителей применяют 51, Я+ + Со,Я+ Сг,Я+ РЗМ,Се,бп,Оа,Сг,бс, Оу, Нб, Рг и другие редкоземельные металлы (РЗМ). Скорости роста кристаллов иэ растворов в расплаве в основном определнются углами наклона кривых ликеидуса (рис. 19.29).
Испольэоввнис РЗМ в качестве раство рителвй позволяет методом ванной плавки с градиентом температуры выращивать моно- кристаллы размером !ОХ(ОХЗ мм' со скоростями роста более 1 мм/ч. Однако при таких скоростях роста кристаллы захватывают капельки расплава, что значитеЛьно повышает число дефектов. В связи с этим методы выращивания нз растворов в расплаве в полупроводниковой технологии карбида кремния используются только для процессов получения эпитаксиальных пленок с малыми скоростями роста, предотвращающими образование включений второй фазы.
Кристаллы выращивают из газовой фазы тремя методами: 1. Методом термического разложения в водороде углерод-кремнийсодержащих соединений на графите при температуре около 1700... 1800 'С. В качестве таких соединений использу. ются либо кремнийорганические, содержащие в молекуле и кремний, и углерод в определенном соотношении (например, СНз5)С1л (СНз! 51С!к СНэЯНС) ), либо раздельные потони соединЕний, содержащие только кремний и только углерод, например 5)С1э и СС!о и позволяющие регулировать соотношение кремния и углерода в газовой фазе.
Метод позволяет выращивать игольчатые кристаллы п-ЯС, в том числе н политип 2Н (длиной до 3 мм и диаметром до 0,5 мм) и нластинчатые кристаллы ЗС-5~С с базисной плоскостью (111) и гекгагональным габнтусом и размером, достигающим у отдельных кристаллов до 5... ...7 мм. Вследствие спонтанного зарождения кристаллы в большинстве своем имеют высокую плотность дефектов внутренней структуры н морфологии. Вследствие низкой температуры роста и полигранного роста выращенные кристаллы ЗС 5~С характеризуются секториальным характером распределения легирующих примесей и, по-видимому, отцчонений от стехиометрического состава. Вследствие отмеченных недостатков этот метод кристаллизации используется в основном длн получения эпитакснальных слоев, как а-ЯС, так и ЗС-ЯС 2. Методом сублимации в условиях спонтанного образования зародышей (массовая кристаллизация).
Кристаллы выращивают в цилиндрических графитовых тиглях (рис. 19.30). В качестве исходного сырья применяют порогпкообразный карбид кремния, синэезированный из кремния и углерода особой чистоты. Тигель нагревают в цилиндрических печах с пезнстивным или индукционным нагревом. Кристаллы выращивают в атмосфере инертного газа (арсен, гелий) при температуре 2500...2600 'С Зарождение кристаллов (4 10.7) Применение карбида кремния 471 (рнс. 19.31) состоят в наличии затравки 1, т. е.
в контролирования процесса зарождения кристалла. Массоперенос в этом случае осуществляется патоками компонентов газовой фазы Я, ЯхС н ЯСь образующихся на первой стадия за счет разложения источника паров карбида кремния (монолитного сявка нли порошка карбида кремния 4). На следующей стадии процесса пары кремния, давление которых согласно термодннамнческому анализу выше давления компонентов ЯхС, ЯСь взаимодействуют со стенками графитовой полости роста 3, находящимися прн более низкой температуре, образуя добавочные компоненты ЯСг н ЯзС в каждой точке полости: С.+2Я.=.ЯзСО 2С +Я.=Б!Сх.
Таким образом, кремний в этой системе является транспортером углерода в виде молекул ВЬС н ЯСь а графитоваь полость— источником углерода и принимает актнвное участие в формировании массопотоков к растущему кристаллу. Выращивание кристаллов производят либо в вакууме, либо в инертной среде (аргон, гелий) иногда с добавками водорода при температуре !800...2600 С. Давлением инертного газа регулируют скорость массопереноса и соответственно скорость роста кристалла. Профялнрованне графнтовой полости роста позволяет получать кристаллы карбнда кремния различных профилей: круглые, трубчатые, прямоугольные, треугольные, ленточные н т.
д Выращивание в конических полостях роста приводит к разращиванню кристаллов. Метод позволяет управлять полнтнпной структурой кристаллов путем выращнваняя на граня (0001)Я ялн на гранях затравок соответствующей политипной струк туры, откконенных от (000!). Метод позволяет выращивать н гетерополнтнпные структуры, т.
е. на затравках одной политнпной структуры выращивать кристаллы другой политнпной структуры. Это достигается либо управлением скоростью роста на начальных стадиях зарождения,либо введением на этой стадии таких структурно-активных примесей, как азот, алюминий, РЗМ и другне. Метод обладает высокой производительностью (скорости роста менее!О мм/ч), размеры выращиваемых кристаллов уже доведены до 25 мм в длину и в поперечном сечении и нет принципиальных ограничений иа дальнейшее нх увеличение. Концентрацию легирующих примесей в кристалле варьируют содержанием их в исходной пзихте нлн в газовой фазе.
Например, уровень таких важнейшах донорных н акцепторных примесей, как азот и алюминий, в кристаллах может нзменяться в диа- назоне 10~в...10»' см '. Г!рн нспользованнн в качестве шихты сивков смесей (ЯС),(А%) ~ метод сублимации в атмосфере азота позволяет получать монокрнсталлы непрерывного ряда твердых растворов карбид кремния -- нитрид алюминия. Эпнтаксиальные слои карбида кремння н твердых растворов на его основе могут быть получены всеми известнымн способамн полулроводниковой технологии. В качестве подложек для эпнтаксни нспользуются крнсталлы карбида кремния, ннтрида алюминия, сапфира и кремния.
Очень важное значение дхя технологии полупроводниковых и микроэлектронных приборов имеет гетероэвитаксня ЗС-ЯС на кремнии. В этом случае для компенсации больших различий параметров решеток между нимн (около 20 узг) на начальной стадии формируют буферный квазнаморфный слой. Рост эпнтакснальных слоев ЗС-Ь(С ведут на грани (100) в снсгеме СзНв — ЯН4 — Нх прн температуре 1300... 1400 "С со скоростью роста около 2...3 мкм/ч. Толщина получаемых слоев достигает 30 мкм. 19.7. ПРИМЕНЕНИЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ На основе монокристаллического карбида кремния показана возможность изготовления высокотемпературных силовых полупроводниковых приборов, полевых транзисторов, СВЧ приборов, туннельных диодов, светоднодов, фотодиодов, счетчиков частиц высокнх энергий, эмиттеров электронов, терморезисторов, фоторезисторов, тензорезнсторов и других приборов.
Применение карбида кремния для изготовлении различных типов полупроводниковых приборов обусловлено повышенными требованнями современной электроники к стабильности их параметров прн условян работы приборов в химически агрессивных срезах, прн высоких уровнях облучения частицами высоких Энергнй н при повышенной температуре. Реализацию удачного сочетания комплекса физико-химических я электрофязнческнх свойств карбида кремния при разработке на его основе полупроводниковых приборов, в том числе и склонность к образо. ванию многообразных политипных структур, можно проиллюстрировать на примере светоднодов. Светодиоды на основе карбида кремння по сравнению со светодиодами на основе соединений Ан'В" обладают исключительно высокой надежностью н стабильностью рабаты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
