3C SiC کی ترقی کی تاریخ

کی ایک اہم شکل کے طور پرسلکان کاربائیڈ، کی ترقی کی تاریخ3C-SiCسیمیکمڈکٹر مادی سائنس کی مسلسل پیشرفت کی عکاسی کرتا ہے۔ 1980 کی دہائی میں ، نشینو ایٹ ال۔ سب سے پہلے کیمیائی بخار جمع (سی وی ڈی) [1] کے ذریعہ سلیکن سبسٹریٹس پر 4um 3C-Sic پتلی فلمیں حاصل کیں ، جس نے 3C-Sic پتلی فلمی ٹکنالوجی کی بنیاد رکھی۔

1990 کی دہائی میں ایس آئی سی ریسرچ کا سنہری دور تھا۔ کری ریسرچ انکارپوریشن نے 1991 اور 1994 میں بالترتیب 6H-SIC اور 4H-SIC چپس لانچ کیں ، جس سے تجارتی کاری کو فروغ دیا گیا۔SiC سیمی کنڈکٹر ڈیوائسز. اس عرصے کے دوران تکنیکی ترقی نے 3C-SiC کے بعد کی تحقیق اور اطلاق کی بنیاد رکھی۔

اکیسویں صدی کے اوائل میں ،گھریلو سلیکن میں مقیم ایس آئی سی پتلی فلمیںبھی ایک خاص حد تک ترقی یافتہ. Ye Zhizhen et al. 2002 میں کم درجہ حرارت کے حالات میں CVD کے ذریعہ سلکان پر مبنی SiC پتلی فلمیں تیار کیں [2]۔ 2001 میں، An Xia et al. کمرے کے درجہ حرارت پر میگنیٹران پھٹنے سے سلکان پر مبنی SiC پتلی فلمیں تیار کیں [3]۔

تاہم، Si اور SiC (تقریباً 20%) کے جالی مستقل کے درمیان بڑے فرق کی وجہ سے، 3C-SiC ایپیٹیکسیل پرت کی خرابی کی کثافت نسبتاً زیادہ ہے، خاص طور پر جڑواں عیب جیسے DPB۔ جالیوں کی مماثلت کو کم کرنے کے لیے، محققین (0001) سطح پر 6H-SiC، 15R-SiC یا 4H-SiC کو ذیلی جگہ کے طور پر 3C-SiC ایپیٹیکسیل تہہ کو بڑھانے اور عیب کی کثافت کو کم کرنے کے لیے استعمال کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر، 2012 میں، Seki، Kazuaki et al. نے ڈائنامک پولیمورفک ایپیٹیکسی کنٹرول ٹکنالوجی کی تجویز پیش کی، جو 6H-SiC (0001) سطح کے بیج پر 3C-SiC اور 6H-SiC کی پولیمورفک سلیکٹیو نمو کا احساس کرتی ہے [4-5] کو کنٹرول کر کے۔ 2023 میں، Xun Li جیسے محققین نے ترقی اور عمل کو بہتر بنانے کے لیے CVD طریقہ استعمال کیا، اور کامیابی کے ساتھ ایک ہموار 3C-SiC حاصل کیا۔epitaxial پرت14um/h کی شرح نمو پر 4H-SiC سبسٹریٹ پر سطح پر DPB کے نقائص کے بغیر[6]۔

3C sic کے کرسٹل ڈھانچے اور درخواست کے شعبے

بہت سے SiCD پولی ٹائپس میں، 3C-SiC واحد کیوبک پولی ٹائپ ہے، جسے β-SiC بھی کہا جاتا ہے۔ اس کرسٹل ڈھانچے میں، Si اور C ایٹم جالی میں ایک سے ایک کے تناسب میں موجود ہیں، اور ہر ایٹم چار متضاد ایٹموں سے گھرا ہوا ہے، جو مضبوط ہم آہنگی بانڈز کے ساتھ ایک ٹیٹراہیڈرل ساختی اکائی بناتا ہے۔ 3C-SiC کی ساختی خصوصیت یہ ہے کہ Si-C ڈائیٹومک تہوں کو بار بار ABC-ABC- کی ترتیب میں ترتیب دیا جاتا ہے، اور ہر یونٹ سیل میں تین ایسی ڈائیٹومک تہیں ہوتی ہیں، جنہیں C3 نمائندگی کہا جاتا ہے۔ 3C-SiC کا کرسٹل ڈھانچہ ذیل کی شکل میں دکھایا گیا ہے:

چترا 1 3C-SIC کا کرسٹل ڈھانچہ

فی الحال ، سلیکن (ایس آئی) بجلی کے آلات کے لئے عام طور پر استعمال ہونے والا سیمیکمڈکٹر مواد ہے۔ تاہم ، ایس آئی کی کارکردگی کی وجہ سے ، سلیکن پر مبنی پاور ڈیوائسز محدود ہیں۔ 4H-SIC اور 6H-SIC کے مقابلے میں ، 3C-SIC میں کمرے کے درجہ حرارت کا سب سے زیادہ درجہ حرارت نظریاتی الیکٹران موبلٹی (1000 سینٹی میٹر · V-1 · S-1) ہے ، اور ایم او ایس ڈیوائس ایپلی کیشنز میں اس سے زیادہ فوائد ہیں۔ ایک ہی وقت میں ، 3C-SIC میں بہترین خصوصیات بھی ہیں جیسے اعلی خرابی وولٹیج ، اچھی تھرمل چالکتا ، اعلی سختی ، وسیع بینڈ گیپ ، اعلی درجہ حرارت کی مزاحمت ، اور تابکاری کی مزاحمت۔ لہذا ، اس میں الیکٹرانکس ، اوپٹ الیکٹرانکس ، سینسر ، اور انتہائی حالات میں ایپلی کیشنز میں بڑی صلاحیت ہے ، متعلقہ ٹکنالوجیوں کی ترقی اور جدت کو فروغ دینے اور بہت سے شعبوں میں اطلاق کی وسیع صلاحیت کو ظاہر کرنا ہے۔

سب سے پہلے: خاص طور پر ہائی وولٹیج ، اعلی تعدد اور اعلی درجہ حرارت کے ماحول میں ، 3C-SIC کی اعلی خرابی وولٹیج اور اعلی الیکٹران کی نقل و حرکت اس کو MOSFET [7] جیسے مینوفیکچرنگ پاور ڈیوائسز کے ل an ایک بہترین انتخاب بناتی ہے۔ دوسرا: نانو الیکٹرانکس اور مائیکرو الیکٹرانکومیچینیکل سسٹم (ایم ای ایم ایس) میں 3C-SIC کا اطلاق سلیکن ٹکنالوجی کے ساتھ اس کی مطابقت سے فائدہ اٹھاتا ہے ، جس سے نانو الیکٹرانکس اور نانو الیکٹرو مکینیکل آلات جیسے نانوسکل ڈھانچے کی تیاری کی اجازت ملتی ہے [8]۔ تیسرا: ایک وسیع بینڈ گیپ سیمیکمڈکٹر مواد کے طور پر ، 3C-SIC کی تیاری کے لئے موزوں ہےبلیو لائٹ ایمٹنگ ڈایڈس(ایل ای ڈی)۔ روشنی، ڈسپلے ٹکنالوجی اور لیزرز میں اس کا اطلاق اس کی اعلی چمکیلی کارکردگی اور آسان ڈوپنگ کی وجہ سے توجہ مبذول کرایا ہے [9]۔ چوتھا: ایک ہی وقت میں، 3C-SiC کا استعمال پوزیشن سے متعلق حساس ڈٹیکٹر بنانے کے لیے کیا جاتا ہے، خاص طور پر لیزر پوائنٹ پوزیشن حساس ڈٹیکٹر لیٹرل فوٹوولٹک اثر پر مبنی، جو صفر تعصب کے حالات میں اعلیٰ حساسیت کو ظاہر کرتے ہیں اور درست پوزیشننگ کے لیے موزوں ہیں [10] .

3. 3C sic heteroepitaxy کی تیاری کا طریقہ

3C-sic heteroepitaxy کے اہم نمو کے طریقوں میں شامل ہیںکیمیائی بخارات جمع (سی وی ڈی), sublimation epitaxy (SE), مائع مرحلہ ایپیٹیکسی (ایل پی ای). epitaxial پرت).

کیمیائی بخارات جمع (سی وی ڈی): ایس آئی اور سی عناصر پر مشتمل ایک کمپاؤنڈ گیس رد عمل چیمبر میں منتقل کی جاتی ہے ، گرم اور تیز درجہ حرارت پر سڑ جاتی ہے ، اور پھر ایس آئی ایٹم اور سی ایٹموں کو ایس آئی سبسٹریٹ ، یا 6h-sic ، 15r- پر پھیلایا جاتا ہے۔ sic ، 4h-sic سبسٹریٹ [11]۔ اس رد عمل کا درجہ حرارت عام طور پر 1300-1500 ℃ کے درمیان ہوتا ہے۔ عام ایس آئی ذرائع میں SIH4 ، TCS ، MTS ، وغیرہ شامل ہیں ، اور C ذرائع میں بنیادی طور پر C2H4 ، C3H8 ، وغیرہ شامل ہیں ، جس میں H2 کیریئر گیس ہے۔ نمو کے عمل میں بنیادی طور پر مندرجہ ذیل اقدامات شامل ہیں: 1۔ گیس کے مرحلے کے رد عمل کا منبع اہم گیس کے بہاؤ میں جمع زون میں منتقل کیا جاتا ہے۔ 2. گیس کے مرحلے کا رد عمل باؤنڈری پرت میں ہوتا ہے تاکہ پتلی فلمی پیشگی اور مصنوعات کو پیدا کیا جاسکے۔ 3. پیش خیمہ کی بارش ، جذب اور کریکنگ کا عمل۔ 4. اشتہار شدہ جوہری ہجرت کرتے ہیں اور سبسٹریٹ سطح پر دوبارہ تشکیل دیتے ہیں۔ 5. اشتہار شدہ جوہری نیوکلیٹ اور سبسٹریٹ سطح پر بڑھتے ہیں۔ 6. مرکزی گیس کے بہاؤ زون میں رد عمل کے بعد فضلہ گیس کی بڑے پیمانے پر نقل و حمل اور اسے رد عمل چیمبر سے نکال دیا جاتا ہے۔ چترا 2 سی وی ڈی [12] کا ایک اسکیمیٹک آریھ ہے۔

چترا 2 سی وی ڈی کا اسکیمیٹک ڈایاگرام

عظمت ایپیٹیکسی (SE) کا طریقہ: شکل 3 3C-SIC تیار کرنے کے لئے SE طریقہ کا ایک تجرباتی ڈھانچہ آریھ ہے۔ اہم اقدامات اعلی درجہ حرارت والے زون میں ایس آئی سی ماخذ کی سڑن اور عظمت ، نچلے درجہ حرارت پر سبسٹریٹ سطح پر sublimates کا رد عمل اور کرسٹاللائزیشن ہیں۔ تفصیلات مندرجہ ذیل ہیں: 6H-SIC یا 4H-SIC سبسٹریٹ مصلوب کے اوپری حصے پر رکھا گیا ہے ، اوراعلی طہارت کا پاؤڈرSiC خام مال کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے اور نچلے حصے میں رکھا جاتا ہے۔گریفائٹ مصلوب. کروسبل کو ریڈیو فریکوینسی انڈکشن کے ذریعہ 1900-2100 to کو گرم کیا جاتا ہے ، اور سبسٹریٹ درجہ حرارت ایس سی کے ذریعہ سے کم ہوتا ہے ، جس سے کروکیبل کے اندر محوری درجہ حرارت کا میلان تشکیل ہوتا ہے ، تاکہ سبلیٹڈ ایس آئی سی مادے کو کمر اور کرسٹاللائز کیا جاسکے 3C-sic heteroepitaxial تشکیل دینے کے لئے.

sublimation epitaxy کے فوائد بنیادی طور پر دو پہلوؤں میں ہیں: 1. epitaxy درجہ حرارت زیادہ ہے، جو کرسٹل کے نقائص کو کم کر سکتا ہے۔ 2. ایٹمک سطح پر کھدی ہوئی سطح کو حاصل کرنے کے لیے اسے بنایا جا سکتا ہے۔ تاہم، نمو کے عمل کے دوران، رد عمل کے منبع کو ایڈجسٹ نہیں کیا جا سکتا، اور سلکان-کاربن کا تناسب، وقت، مختلف رد عمل کے سلسلے وغیرہ کو تبدیل نہیں کیا جا سکتا، جس کے نتیجے میں نمو کے عمل کی کنٹرولیبلٹی میں کمی واقع ہوتی ہے۔

چترا 3 3C-SIC ایپیٹیکسی کو بڑھانے کے لئے SE کے طریقہ کار کا اسکیمیٹک ڈایاگرام

مالیکیولر بیم ایپیٹیکسی (ایم بی ای) ایک جدید ترین پتلی فلم گروتھ ٹکنالوجی ہے ، جو 4H-SIC یا 6H-SIC سبسٹریٹس پر 3C-SIC Epitaxial پرتوں کو اگانے کے لئے موزوں ہے۔ اس طریقہ کار کا بنیادی اصول یہ ہے کہ: الٹرا ہائی ویکیوم ماحول میں ، ماخذ گیس کے عین مطابق کنٹرول کے ذریعے ، بڑھتی ہوئی ایپیٹیکسیل پرت کے عناصر کو گرم کیا جاتا ہے تاکہ ایک دشاتمک جوہری شہتیر یا سالماتی شہتیر کی تشکیل کی جاسکے اور گرم سبسٹریٹ سطح پر واقعہ کے لئے epitaxial نمو. 3C-sic اگنے کے لئے عام حالاتepitaxial تہوں4H-SiC یا 6H-SiC پر ذیلی ذیلی جگہیں ہیں: سلکان سے بھرپور حالات میں، گرافین اور خالص کاربن کے ذرائع الیکٹران گن کے ساتھ گیسی مادوں میں پرجوش ہوتے ہیں، اور رد عمل کے درجہ حرارت کے طور پر 1200-1350℃ استعمال کیا جاتا ہے۔ 3C-SiC heteroepitaxial ترقی 0.01-0.1 nms-1 [13] کی شرح نمو پر حاصل کی جاسکتی ہے۔

نتیجہ اور امکان

مسلسل تکنیکی ترقی اور گہرائی سے میکانزم کی تحقیق کے ذریعے، 3C-SiC heteroepitaxial ٹیکنالوجی سے سیمی کنڈکٹر انڈسٹری میں زیادہ اہم کردار ادا کرنے اور اعلی کارکردگی والے الیکٹرانک آلات کی ترقی کو فروغ دینے کی امید ہے۔ مثال کے طور پر، ترقی کی نئی تکنیکوں اور حکمت عملیوں کو تلاش کرنا جاری رکھنا، جیسے کہ کم خرابی کی کثافت کو برقرار رکھتے ہوئے شرح نمو کو بڑھانے کے لیے HCl ماحول متعارف کرانا، مستقبل کی تحقیق کی سمت ہے۔ نقائص کی تشکیل کے طریقہ کار پر گہرائی سے تحقیق، اور زیادہ درست نقائص پر قابو پانے اور مادی خصوصیات کو بہتر بنانے کے لیے خصوصیت کی مزید جدید تکنیکوں کی ترقی، جیسے فوٹو لومینیسینس اور کیتھوڈولومینیسینس تجزیہ؛ اعلیٰ معیار کی موٹی فلم 3C-SiC کی تیز رفتار ترقی ہائی وولٹیج آلات کی ضروریات کو پورا کرنے کی کلید ہے، اور شرح نمو اور مادی یکسانیت کے درمیان توازن پر قابو پانے کے لیے مزید تحقیق کی ضرورت ہے۔ متضاد ڈھانچے جیسے SiC/GaN میں 3C-SiC کے اطلاق کے ساتھ مل کر، پاور الیکٹرانکس، آپٹو الیکٹرانک انٹیگریشن اور کوانٹم انفارمیشن پروسیسنگ جیسے نئے آلات میں اس کے ممکنہ ایپلی کیشنز کو تلاش کریں۔

حوالہ جات:

[1] نشینو ایس ، ہازوکی وائی ، متسونامی ایچ ، وغیرہ۔ سلیکن سبسٹریٹ پر سنگل کرسٹل لائن β-ایس آئی سی فلموں کا کیمیائی بخارات جمع کروانے والی ایس آئی سی انٹرمیڈیٹ پرت [جے] کے ساتھ۔ الیکٹرو کیمیکل سوسائٹی کا جرنل ، 1980 ، 127 (12): 2674-2680۔

[2] آپ کم درجہ حرارت کی نمو سلیکن کاربائڈ فلم [J] ، 2002 ، 022 (001) پر تحقیق کریں۔

[3] انکسیہ ، ژونگ ہوئزاؤ ، لی ہویکسیانگ ، (111) مقناطیسی پھیلاؤ کے طریقہ کار پر نینو ساک فلم تیار کرنے کے لئے۔

[4] سیکی کے، الیگزینڈر، کوزاوا ایس، وغیرہ۔ حل کی ترقی میں سپر سیچوریشن کنٹرول کے ذریعے SiC کی پولی ٹائپ سلیکٹیو نمو[J]۔ جرنل آف کرسٹل گروتھ، 2012، 360:176-180۔

[]] چن یاو ، ژو فوکیانگ ، ژو بنگکسیئن ، وہ شوئی اور بیرون ملک سلیکن کاربائڈ پاور ڈیوائسز کی ترقی کا خلاصہ۔

[6] Li X , Wang G .CVD 4H-SiC سبسٹریٹس پر 3C-SiC تہوں کی نمو بہتر مورفولوجی [J]۔ سالڈ اسٹیٹ کمیونیکیشنز، 2023:371۔

[7] ہاؤ کائیون گرافک سبسٹریٹ ریسرچ اور 3C-SIC [D] میں۔

[8] لارس ، ہلر ، تھامس ، وغیرہ۔ 3C-SIC (100) MESA ڈھانچے [J] .میٹریلز سائنس فورم ، 2014 کے ECR-KETING میں ہائیڈروجن اثرات۔

[9] لیزر کیمیکل گیس جمع کرنے کی تیاری۔

.

[11] Xin Bin 3C/4H-SiC Heteroepitaxial ترقی کی بنیاد پر CVD عمل: خرابی کی خصوصیات اور ارتقاء [D]۔

[12] ڈونگ لن ایک سے زیادہ توسیع کی ترقی کی ٹکنالوجی اور جسمانی خصوصیات کا بڑا علاقہ۔

[13] ڈیانی ایم ، سائمن ایل ، کوبلر ایل ، ایٹ ال۔ 6H-SIC (0001) سبسٹریٹ [J] پر 3C-SIC پولیٹائپ کی کرسٹل نمو۔ جرنل آف کرسٹل گروتھ ، 2002 ، 235 (1): 95-102۔