تین ایس آئی سی سنگل کرسٹل گروتھ ٹیکنالوجیز

بڑھتی ہوئی ایس آئی سی سنگل کرسٹل کے اہم طریقے یہ ہیں:جسمانی بخارات کی نقل و حمل (پرائیوٹ), اعلی درجہ حرارت کیمیائی بخارات جمع (HTCVD)اوراعلی درجہ حرارت کے حل کی نمو (HTSG). جیسا کہ شکل 1 میں دکھایا گیا ہے۔ ان میں ، پرائیوٹ کا طریقہ اس مرحلے میں سب سے زیادہ پختہ اور وسیع پیمانے پر استعمال شدہ طریقہ ہے۔ فی الحال ، 6 انچ کے سنگل کرسٹل سبسٹریٹ کو صنعتی شکل دی گئی ہے ، اور 8 انچ سنگل کرسٹل بھی 2016 میں ریاستہائے متحدہ میں کری کے ذریعہ کامیابی کے ساتھ اگایا گیا ہے۔ تاہم ، اس طریقہ کار کی حدود ہیں جیسے اعلی عیب کثافت ، کم پیداوار ، مشکل قطر میں توسیع اور زیادہ قیمت۔

ایچ ٹی سی وی ڈی کا طریقہ کار اس اصول کا استعمال کرتا ہے جس کا ذریعہ اور سی ماخذ گیس کیمیائی طور پر رد عمل ظاہر کرتا ہے تاکہ ایس آئی سی سنگل کرسٹل کی نشوونما کے ل about تقریبا 2100 temperated کے اعلی درجہ حرارت کے ماحول میں ایس آئی سی پیدا کیا جاسکے۔ پرائیوٹ کے طریقہ کار کی طرح ، اس طریقہ کار میں بھی اعلی نمو کے درجہ حرارت کی ضرورت ہوتی ہے اور اس کی شرح زیادہ ہوتی ہے۔ HTSG کا طریقہ مذکورہ دو طریقوں سے مختلف ہے۔ اس کا بنیادی اصول یہ ہے کہ ایس آئی سی اور سی عناصر کی تحلیل اور ریپریسپیٹیشن کو اعلی درجہ حرارت کے حل میں استعمال کیا جائے تاکہ ایس آئی سی سنگل کرسٹل کی نشوونما کو حاصل کیا جاسکے۔ فی الحال وسیع پیمانے پر استعمال ہونے والا تکنیکی ماڈل TSSG طریقہ ہے۔

یہ طریقہ کم درجہ حرارت (2000 ° C سے نیچے) پر قریب تھرموڈینیٹک توازن کی حالت میں ایس آئی سی کی نشوونما کو حاصل کرسکتا ہے ، اور اگائے جانے والے کرسٹل میں اعلی معیار ، کم لاگت ، آسان قطر کی توسیع ، اور آسان مستحکم پی قسم کی ڈوپنگ کے فوائد ہیں۔ توقع کی جاتی ہے کہ یہ پرائیوٹ کے طریقہ کار کے بعد بڑے ، اعلی معیار اور کم لاگت والے ایس سی سی سنگل کرسٹل تیار کرنے کا ایک طریقہ بن جائے گا۔

چترا 1۔ تین ایس آئی سی سنگل کرسٹل گروتھ ٹیکنالوجیز کے اصولوں کا اسکیماتی آریھ

01 ترقیاتی تاریخ اور TSSG-grand SIC سنگل کرسٹل کی موجودہ حیثیت

بڑھتی ہوئی ایس آئی سی کے لئے ایچ ٹی ایس جی کے طریقہ کار کی تاریخ 60 سال سے زیادہ ہے۔

1961 میں ، ہالڈن ET رحمہ اللہ تعالی. سب سے پہلے ایک اعلی درجہ حرارت سی پگھل سے ایس آئی سی سنگل کرسٹل حاصل کیے جس میں سی کو تحلیل کردیا گیا تھا ، اور پھر سی+ایکس پر مشتمل ایک اعلی درجہ حرارت کے حل سے ایس آئی سی سنگل کرسٹل کی نشوونما کی کھوج کی (جہاں ایکس ایک یا زیادہ عناصر فی ، سی آر ، ایس سی ، ٹی بی ، پی آر ، وغیرہ ہے)۔

1999 میں ، ہوف مین ET رحمہ اللہ تعالی۔ جرمنی میں یونیورسٹی آف ایرلانگن سے خالص ایس آئی کو خود فلوکس کے طور پر استعمال کیا گیا اور اس نے 1.4 انچ قطر اور پہلی بار تقریبا 1 ملی میٹر کی موٹائی کے ساتھ ایس آئی سی سنگل کرسٹل اگانے کے لئے اعلی درجہ حرارت اور ہائی پریشر ٹی ایس ایس جی طریقہ استعمال کیا۔

2000 میں ، انہوں نے اس عمل کو مزید بہتر بنایا اور 20-30 ملی میٹر قطر اور 20 ملی میٹر تک کی موٹائی کے ساتھ ایس آئی سی کے کرسٹل میں اضافہ ہوا جس میں خالص ایس آئی کا استعمال کرتے ہوئے 1900-2400 ° C پر 100-200 بار کی ایک اعلی دباؤ اے آر فضا میں خود فلوکس کے طور پر خالص سی آئی کا استعمال کیا گیا۔

تب سے ، جاپان ، جنوبی کوریا ، فرانس ، چین اور دیگر ممالک میں محققین نے ٹی ایس ایس جی کے طریقہ کار کے ذریعہ ایس آئی سی سنگل کرسٹل سبسٹریٹس کی نمو پر مسلسل تحقیق کی ہے ، جس نے حالیہ برسوں میں ٹی ایس ایس جی کے طریقہ کار کو تیزی سے ترقی دی ہے۔ ان میں ، جاپان کی نمائندگی سمیٹومو میٹل اور ٹویوٹا کرتی ہے۔ جدول 1 اور شکل 2 ایس سی سنگل کرسٹل کی نمو میں سومیٹومو دھات کی تحقیقی پیشرفت کو ظاہر کرتا ہے ، اور ٹیبل 2 اور شکل 3 ٹویوٹا کے اہم تحقیقی عمل اور نمائندہ نتائج کو ظاہر کرتے ہیں۔

اس تحقیقی ٹیم نے 2016 میں ٹی ایس ایس جی کے طریقہ کار کے ذریعہ ایس آئی سی کرسٹل کی نمو پر تحقیق کرنا شروع کی ، اور 10 ملی میٹر کی موٹائی کے ساتھ کامیابی کے ساتھ 2 انچ 4 ایچ-سیک کرسٹل حاصل کیا۔ حال ہی میں ، ٹیم نے کامیابی کے ساتھ 4 انچ 4H-SIC کرسٹل میں اضافہ کیا ہے ، جیسا کہ شکل 4 میں دکھایا گیا ہے۔

چترا 2.TSSG طریقہ کار کا استعمال کرتے ہوئے سمیٹومو میٹل کی ٹیم کے ذریعہ اگائے جانے والے SIC کرسٹل کی آپٹیکل تصویر

چترا 3۔ٹی ایس ایس جی کے طریقہ کار کا استعمال کرتے ہوئے بڑھتی ہوئی ایس آئی سی سنگل کرسٹل میں ٹویوٹا کی ٹیم کی نمائندہ کارنامے

چترا 4۔ انسٹی ٹیوٹ آف فزکس ، چینی اکیڈمی آف سائنسز کی نمائندہ کارنامے ، ٹی ایس ایس جی کے طریقہ کار کا استعمال کرتے ہوئے بڑھتی ہوئی ایس آئی سی سنگل کرسٹل میں

02 ٹی ایس ایس جی طریقہ کے ذریعہ بڑھتے ہوئے ایس آئی سی سنگل کرسٹل کے بنیادی اصول

عام دباؤ میں ایس آئی سی کا پگھلنے کا کوئی نقطہ نہیں ہے۔ جب درجہ حرارت 2000 ℃ سے اوپر تک پہنچ جاتا ہے ، تو یہ براہ راست گیسفائ اور گل جاتا ہے۔ لہذا ، ایک ہی ساخت کو آہستہ آہستہ ٹھنڈا کرنے اور مستحکم کرنے کے ذریعہ ایس آئی سی سنگل کرسٹل اگانا ممکن نہیں ہے ، یعنی پگھل طریقہ۔

ایس آئی-سی بائنری فیز آریگرام کے مطابق ، ایس آئی سے مالا مال کے آخر میں "ایل+ایس آئی سی" کا دو مرحلہ والا علاقہ ہے ، جو ایس آئی سی کے مائع مرحلے کی نشوونما کا امکان فراہم کرتا ہے۔ تاہم ، سی کے لئے خالص ایس آئی کی گھلنشیلتا بہت کم ہے ، لہذا اعلی درجہ حرارت کے حل میں سی حراستی کو بڑھانے میں مدد کے لئے ایس آئی پگھل میں بہاؤ شامل کرنا ضروری ہے۔ فی الحال ، ایچ ٹی ایس جی کے طریقہ کار کے ذریعہ بڑھتی ہوئی ایس آئی سی سنگل کرسٹل کے لئے مرکزی دھارے میں شامل تکنیکی وضع TSSG طریقہ ہے۔ چترا 5 (ا) ٹی ایس ایس جی کے طریقہ کار کے ذریعہ بڑھتے ہوئے ایس آئی سی سنگل کرسٹل کے اصول کا ایک اسکیمیٹک آریھ ہے۔

ان میں ، اعلی درجہ حرارت کے حل کی تھرموڈینیٹک خصوصیات کا ضابطہ اور پورے نمو کے نظام میں سپلائی سی کی سپلائی اور طلب کی طلب کا ایک اچھا متحرک توازن حاصل کرنے کے لئے سولوٹ ٹرانسپورٹ کے عمل اور کرسٹل نمو انٹرفیس کی حرکیات TSSG کے طریقہ کار کے ذریعہ SIC سنگل کرسٹل کی نشوونما کو بہتر طور پر سمجھنے کی کلید ہے۔

چترا 5۔ (a) ٹی ایس ایس جی کے طریقہ کار کے ذریعہ ایس آئی سی سنگل کرسٹل نمو کا اسکیمیٹک ڈایاگرام۔ (b) L+sic دو فیز خطے کے طول بلد سیکشن کا اسکیمیٹک ڈایاگرام

اعلی درجہ حرارت کے حل کی 03 تھرموڈینیٹک خصوصیات

اعلی درجہ حرارت کے حل میں کافی سی تحلیل کرنا TSSG کے طریقہ کار کے ذریعہ بڑھتی ہوئی sic سنگل کرسٹل کی کلید ہے۔ اعلی درجہ حرارت کے حل میں سی کی گھلنشیلتا کو بڑھانے کا ایک موثر طریقہ ہے۔

ایک ہی وقت میں ، بہاؤ کے عناصر کا اضافہ اعلی درجہ حرارت کے حل کے کثافت ، واسکاسیٹی ، سطح کی کشیدگی ، منجمد نقطہ اور دیگر تھرموڈینیٹک پیرامیٹرز کو بھی منظم کرے گا جو کرسٹل نمو سے قریب سے وابستہ ہیں ، اس طرح کرسٹل نمو میں تھرموڈینامک اور متحرک عمل کو براہ راست متاثر کرتے ہیں۔ لہذا ، فلوکس عناصر کا انتخاب ایس آئی سی سنگل کرسٹل کو بڑھانے کے لئے ٹی ایس ایس جی کے طریقہ کار کو حاصل کرنے کا سب سے اہم اقدام ہے اور اس شعبے میں تحقیقی توجہ ہے۔

ادب میں بہت سے بائنری اعلی درجہ حرارت کے حل کے نظام موجود ہیں ، جن میں لی سی ، ٹائی سی ، سی آر سی ، فی سی ، ایس سی سی ، نی سی اور شریک سی شامل ہیں۔ ان میں ، CR-SI ، TI-SI اور Fe-SI کے بائنری سسٹم اور ملٹی جزو کے نظام جیسے CR-CE-AL-SI اچھی طرح سے تیار ہیں اور انہوں نے کرسٹل نمو کے اچھے نتائج حاصل کیے ہیں۔

چترا 6 (ا) سی سی ، ٹی آئی سی اور فی سی کے تین مختلف اعلی درجہ حرارت کے حل کے نظام میں ایس آئی سی کی شرح نمو اور درجہ حرارت کے مابین تعلقات کو ظاہر کرتا ہے ، جس کا خلاصہ کاوانشی ایٹ ال نے کیا ہے۔ 2020 میں جاپان میں توہوکو یونیورسٹی کی۔

جیسا کہ شکل 6 (بی) میں دکھایا گیا ہے ، ہیون ایٹ ال۔ سی کی گھلنشیلتا کو ظاہر کرنے کے لئے سی 0.56CR0.4M0.04 (ایم = ایس سی ، ٹی آئی ، وی ، سی آر ، ایم این ، ایف ای ، سی او ، سی یو ، آر ایچ اور پی ڈی) کے مرکب تناسب کے ساتھ اعلی درجہ حرارت کے حل کے نظام کی ایک سیریز تیار کی گئی۔

چترا 6 (a) جب مختلف اعلی درجہ حرارت کے حل کے نظام کا استعمال کرتے ہو تو sic سنگل کرسٹل نمو کی شرح اور درجہ حرارت کے مابین تعلقات

04 گروتھ کینیٹکس ریگولیشن

اعلی معیار کے ایس آئی سی سنگل کرسٹل کو بہتر طور پر حاصل کرنے کے ل cry ، کرسٹل بارش کے حرکیات کو منظم کرنا بھی ضروری ہے۔ لہذا ، ایس آئی سی سنگل کرسٹل کو اگانے کے لئے ٹی ایس ایس جی کے طریقہ کار کی ایک اور تحقیقی توجہ اعلی درجہ حرارت کے حل میں اور کرسٹل نمو انٹرفیس میں متحرک افراد کا ضابطہ ہے۔

ریگولیشن کے بنیادی ذرائع میں شامل ہیں: بیج کرسٹل اور مصلوب کی گردش اور کھینچنے کا عمل ، نمو کے نظام میں درجہ حرارت کے میدان کا ضابطہ ، مصیبت ڈھانچے اور سائز کی اصلاح ، اور بیرونی مقناطیسی فیلڈ کے ذریعہ اعلی درجہ حرارت حل کنویکشن کا ضابطہ۔ بنیادی مقصد اعلی درجہ حرارت کے حل اور کرسٹل نمو کے مابین انٹرفیس میں درجہ حرارت کے میدان ، بہاؤ کے میدان اور محلول حراستی فیلڈ کو منظم کرنا ہے ، تاکہ منظم انداز میں اعلی درجہ حرارت کے حل سے بہتر اور تیز رفتار ایس آئی سی کو منظم انداز میں اور اعلی معیار کے بڑے سائز کے سنگل کرسٹل میں اضافہ کیا جاسکے۔

محققین نے متحرک ضابطے کے حصول کے لئے بہت سارے طریقوں کی کوشش کی ہے ، جیسے کوسونوکی ایٹ ال کے ذریعہ استعمال ہونے والی "مصیبت تیز رفتار گردش ٹکنالوجی"۔ 2006 میں ان کے کام کی اطلاع دی گئی ہے ، اور "مقعر حل گروتھ ٹکنالوجی" جو ڈائیکوکو ایٹ ال نے تیار کی ہے۔

2014 میں ، کوسونوکی ایٹ ال۔ اعلی درجہ حرارت حل کنویکشن کے ضابطے کو حاصل کرنے کے لئے ایک گریفائٹ رنگ کے ڈھانچے کو وسرجن گائیڈ (IG) کے طور پر شامل کیا گیا۔ گریفائٹ رنگ کے سائز اور پوزیشن کو بہتر بناتے ہوئے ، بیج کے کرسٹل کے نیچے اعلی درجہ حرارت کے حل میں یکساں اوپر کی سولوٹ ٹرانسپورٹ وضع قائم کی جاسکتی ہے ، اس طرح کرسٹل نمو کی شرح اور معیار کو بہتر بناتا ہے ، جیسا کہ شکل 7 میں دکھایا گیا ہے۔

چترا 7: (الف) صلیب میں اعلی درجہ حرارت کے حل کے بہاؤ اور درجہ حرارت کی تقسیم کے نقلی نتائج۔ 

(b) تجرباتی آلہ کا اسکیمیٹک آریھ اور نتائج کا خلاصہ

ایس سی سی سنگل کرسٹل کو اگانے کے لئے ٹی ایس ایس جی کے طریقہ کار کے 05 فوائد

بڑھتی ہوئی ایس آئی سی سنگل کرسٹل میں ٹی ایس ایس جی کے طریقہ کار کے فوائد مندرجہ ذیل پہلوؤں میں جھلکتے ہیں:

(1) بڑھتی ہوئی ایس آئی سی سنگل کرسٹل کے ل high اعلی درجہ حرارت حل کا طریقہ سیڈ کرسٹل میں مائکروٹوبس اور دیگر میکرو نقائص کو مؤثر طریقے سے مرمت کرسکتا ہے ، اس طرح کرسٹل کے معیار کو بہتر بناتا ہے۔ 1999 میں ، ہوف مین ET رحمہ اللہ تعالی۔ آپٹیکل مائکروسکوپ کے ذریعہ مشاہدہ اور ثابت ہوا کہ مائکروٹوبس کو TSSG کے طریقہ کار کے ذریعہ بڑھتی ہوئی SIC سنگل کرسٹل کے عمل میں مؤثر طریقے سے احاطہ کیا جاسکتا ہے ، جیسا کہ شکل 8 میں دکھایا گیا ہے۔

چترا 8: ٹی ایس ایس جی طریقہ کے ذریعہ ایس آئی سی سنگل کرسٹل کی نشوونما کے دوران مائکروٹوبس کا خاتمہ:

(A) ٹرانسمیشن موڈ میں TSSG کے ذریعہ اگائے جانے والے SIC کرسٹل کا آپٹیکل مائکروگراف ، جہاں نمو کی پرت کے نیچے مائکروٹوبس واضح طور پر دیکھا جاسکتا ہے۔ 

(b) عکاسی وضع میں اسی علاقے کا آپٹیکل مائکروگراف ، اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ مائکروٹوبس مکمل طور پر احاطہ کرچکے ہیں۔

(2) پرائیوٹ کے طریقہ کار کے مقابلے میں ، ٹی ایس ایس جی کا طریقہ کار زیادہ آسانی سے کرسٹل قطر کی توسیع کو حاصل کرسکتا ہے ، اس طرح ایس آئی سی سنگل کرسٹل سبسٹریٹ کے قطر میں اضافہ کرتا ہے ، جس سے ایس آئی سی آلات کی پیداواری کارکردگی کو مؤثر طریقے سے بہتر بنایا جاسکتا ہے اور پیداواری لاگت کو کم کیا جاسکتا ہے۔

ٹویوٹا اور سومیٹومو کارپوریشن کی متعلقہ تحقیقی ٹیموں نے "مینیسکس اونچائی کنٹرول" ٹکنالوجی کا استعمال کرکے مصنوعی طور پر قابو پانے والے کرسٹل قطر کی توسیع کو کامیابی کے ساتھ حاصل کیا ہے ، جیسا کہ شکل 9 (اے) اور (بی) میں دکھایا گیا ہے۔

چترا 9: (الف) ٹی ایس ایس جی کے طریقہ کار میں مینیسکس کنٹرول ٹکنالوجی کا اسکیمیٹک آریھ ؛ 

(ب) نمو کے زاویہ کی تبدیلی men مینیسکس کی اونچائی اور اس ٹکنالوجی کے ذریعہ حاصل کردہ ایس آئی سی کرسٹل کے ضمنی نظارے کے ساتھ۔ 

(c) 2.5 ملی میٹر کی اونچائی پر 20 گھنٹہ تک نمو ؛ 

(د) 0.5 ملی میٹر کی اونچائی پر 10 گھنٹے کے لئے نمو ؛

(e) 35 گھنٹہ تک نمو ، جس میں مینیسکس کی اونچائی آہستہ آہستہ 1.5 ملی میٹر سے بڑی قیمت میں بڑھتی ہے۔

(3) پرائیوٹ کے طریقہ کار کے مقابلے میں ، ٹی ایس ایس جی کا طریقہ کار ایس آئی سی کرسٹل کے مستحکم پی ٹائپ ڈوپنگ حاصل کرنے کے لئے آسان ہے۔ مثال کے طور پر ، شیرا ایٹ ال۔ ٹویوٹا نے 2014 میں اطلاع دی تھی کہ انھوں نے ٹی ایس ایس جی کے طریقہ کار کے ذریعہ کم مزاحمت پی ٹائپ 4 ایچ-سیک کرسٹل میں اضافہ کیا ہے ، جیسا کہ شکل 10 میں دکھایا گیا ہے۔

چترا 10: (الف) ٹی ایس ایس جی کے طریقہ کار کے ذریعہ اگائے جانے والے پی قسم کے ایس آئی سی سنگل کرسٹل کا ضمنی نظارہ۔ 

(b) کرسٹل کے طول البلد حصے کی ٹرانسمیشن آپٹیکل تصویر ؛ 

(c) ایک اعلی درجہ حرارت کے حل سے اگائے جانے والے کرسٹل کی اوپر کی سطح کی شکل 3 ٪ (جوہری حص raction ہ) کے AL مواد کے ساتھ ہوتی ہے۔

06 نتیجہ اور آؤٹ لک

ایس آئی سی کے بڑھتے ہوئے کرسٹل کے لئے ٹی ایس ایس جی کے طریقہ کار نے پچھلے 20 سالوں میں بہت ترقی کی ہے ، اور کچھ ٹیموں نے ٹی ایس ایس جی کے طریقہ کار کے ذریعہ اعلی معیار کے 4 انچ ایس آئی سی سنگل کرسٹل میں اضافہ کیا ہے۔

تاہم ، اس ٹکنالوجی کی مزید ترقی کے لئے ابھی بھی مندرجہ ذیل کلیدی پہلوؤں میں کامیابیاں کی ضرورت ہے۔

(1) حل کی تھرموڈینیٹک خصوصیات کا گہرائی سے مطالعہ ؛

(2) نمو کی شرح اور کرسٹل معیار کے درمیان توازن ؛

(3) مستحکم کرسٹل نمو کے حالات کا قیام ؛

(4) بہتر متحرک کنٹرول ٹکنالوجی کی ترقی۔

اگرچہ ٹی ایس ایس جی کا طریقہ ابھی بھی پی وی ٹی کے طریقہ کار سے کچھ پیچھے ہے ، لیکن یہ خیال کیا جاتا ہے کہ اس شعبے میں محققین کی مستقل کوششوں کے ساتھ ، چونکہ ٹی ایس ایس جی کے طریقہ کار کے ذریعہ بڑھتے ہوئے ایس آئی سی سنگل کرسٹل کے بنیادی سائنسی مسائل مستقل طور پر حل کیے جاتے ہیں اور ترقی کے عمل میں کلیدی ٹیکنالوجیز کو مستقل طور پر فروغ دیا جاتا ہے ، اس طرح اس ٹیکنالوجی کو بھی صنعتی بنایا جائے گا ، اور اس کے بعد اس کو مزید تقویت ملی ہوگی ، اس طرح اس کی وجہ سے مکمل کھیل بھی دیا جائے گا ، اس طرح اس کو مکمل کھیل بھی دیا جائے گا۔ ایس آئی سی انڈسٹری کی ترقی۔