まずはSiC結晶の構造と性質.
SiCは、Si元素とC元素が1：1、つまりシリコン（Si）50％、炭素（C）50％からなる二元化合物であり、その基本構造単位はSI-C四面体です。
炭化ケイ素四面体構造の模式図
例えば、Si原子の直径はリンゴ1個分と大きく、C原子の直径はオレンジ1個分と小さく、オレンジとリンゴを同数重ねるとSiC結晶が形成されます。
SiC は二元化合物であり、Si-Si 結合の原子間隔は 3.89 Åですが、この間隔をどのように理解すればよいでしょうか?現在、市販されている最も優れたリソグラフィー装置のリソグラフィー精度は3nm、つまり30Åの距離であり、リソグラフィー精度は原子間距離の8倍である。
Si-Si 結合エネルギーは 310 kJ/mol であるため、結合エネルギーはこれら 2 つの原子を引き離す力であり、結合エネルギーが大きいほど、引き離すのに必要な力も大きくなることが理解できます。
例えば、Si原子の直径はリンゴ1個分と大きく、C原子の直径はオレンジ1個分と小さく、オレンジとリンゴを同数重ねるとSiC結晶が形成されます。
SiC は二元化合物であり、Si-Si 結合の原子間隔は 3.89 Åですが、この間隔をどのように理解すればよいでしょうか?現在、市販されている最も優れたリソグラフィー装置のリソグラフィー精度は3nm、つまり30Åの距離であり、リソグラフィー精度は原子間距離の8倍である。
Si-Si 結合エネルギーは 310 kJ/mol であるため、結合エネルギーはこれら 2 つの原子を引き離す力であり、結合エネルギーが大きいほど、引き離すのに必要な力も大きくなることが理解できます。
炭化ケイ素四面体構造の模式図
例えば、Si原子の直径はリンゴ1個分と大きく、C原子の直径はオレンジ1個分と小さく、オレンジとリンゴを同数重ねるとSiC結晶が形成されます。
SiC は二元化合物であり、Si-Si 結合の原子間隔は 3.89 Åですが、この間隔をどのように理解すればよいでしょうか?現在、市販されている最も優れたリソグラフィー装置のリソグラフィー精度は3nm、つまり30Åの距離であり、リソグラフィー精度は原子間距離の8倍である。
Si-Si 結合エネルギーは 310 kJ/mol であるため、結合エネルギーはこれら 2 つの原子を引き離す力であり、結合エネルギーが大きいほど、引き離すのに必要な力も大きくなることが理解できます。
例えば、Si原子の直径はリンゴ1個分と大きく、C原子の直径はオレンジ1個分と小さく、オレンジとリンゴを同数重ねるとSiC結晶が形成されます。
SiC は二元化合物であり、Si-Si 結合の原子間隔は 3.89 Åですが、この間隔をどのように理解すればよいでしょうか?現在、市販されている最も優れたリソグラフィー装置のリソグラフィー精度は3nm、つまり30Åの距離であり、リソグラフィー精度は原子間距離の8倍である。
Si-Si 結合エネルギーは 310 kJ/mol であるため、結合エネルギーはこれら 2 つの原子を引き離す力であり、結合エネルギーが大きいほど、引き離すのに必要な力も大きくなることが理解できます。
すべての物質は原子で構成されており、結晶の構造は次のような長距離秩序と呼ばれる原子の規則的な配列であることがわかっています。最小の結晶単位をセルと呼び、セルが立方晶構造の場合は最密立方晶と呼ばれ、セルが六方晶構造の場合は最密六方晶と呼ばれます。
一般的な SiC 結晶タイプには、3C-SiC、4H-SiC、6H-SiC、15R-SiC などが含まれます。c 軸方向の積層順序を図に示します。
このうち、4H-SiC の基本的な積層順序は ABCB... です。 6H-SiC の基本的な積層順序は ABCACB... です。 15R-SiC の基本的な積層順序は、ABCACBCABACABCB... です。
これは家を建てるためのレンガと考えることができ、家のレンガには 3 通りの配置方法があるもの、4 通りの配置方法があるもの、6 通りの配置方法があるものがあります。
これらの一般的な SiC 結晶タイプの基本的なセル パラメータを表に示します。
a、b、c、角度は何を意味しますか? SiC 半導体の最小単位セルの構造は次のように説明されます。
同じ細胞の場合でも、結晶構造も異なります。これは宝くじを買うようなものです。当選番号は 1、2、3 です。あなたは 1、2、3 の 3 つの数字を購入しましたが、その数字が並べ替えられると、当選金額も異なるため、同じクリスタルの番号と順序は同じクリスタルと呼ぶことができます。
次の図は 2 つの典型的な積層モードを示しています。違いは上部原子の積層モードのみであり、結晶構造が異なります。
SiC によって形成される結晶構造は温度と強く関係します。 3C-SiC は構造安定性が低いため、1900 ～ 2000 ℃の高温の作用下ではゆっくりと 6H-SiC などの六方晶系 SiC 多形に変化します。 ＳｉＣ多形の生成確率と温度との間には強い相関関係があり、また３Ｃ－ＳｉＣ自体の不安定性があるため、３Ｃ－ＳｉＣの成長速度は向上しにくく、作製も困難である。六方晶系の 4H-SiC および 6H-SiC は最も一般的で製造が容易であり、それぞれの特性により広く研究されています。
SiC結晶におけるSI-C結合の結合長はわずか1.89Åですが、結合エネルギーは4.53eVにも達します。このため、結合状態と反結合状態とのエネルギー準位ギャップが非常に大きく、SiやGaAsの数倍もの広いバンドギャップを形成することができる。バンドギャップ幅が大きいということは、高温における結晶構造が安定していることを意味します。関連するパワーエレクトロニクスは、高温での安定した動作と簡素化された放熱構造の特性を実現できます。
Si-C 結合の緊密な結合により、格子は高い振動周波数、つまり高エネルギーのフォノンを持ちます。これは、SiC 結晶が高い飽和電子移動度と熱伝導率を有することを意味し、関連するパワーエレクトロニクス デバイスは、スイッチング速度と信頼性が向上し、デバイスの過熱障害のリスクが軽減されます。さらに、SiC の破壊電界強度が高いため、より高いドーピング濃度を達成し、より低いオン抵抗を実現できます。
第二に、SiC結晶開発の歴史
1905 年、アンリ モアッサン博士はクレーター内で天然の SiC 結晶を発見し、それがダイヤモンドに似ていることを発見し、それをモサン ダイヤモンドと名付けました。
実際、アチソン氏は 1885 年という早い時期に、コークスとシリカを混合し、電気炉で加熱することによって SiC を入手しました。当時、人々はそれをダイヤモンドの混合物と誤解し、エメリーと呼んでいました。
1892年、アチソンは合成プロセスを改良し、珪砂、コークス、少量の木材チップ、NaClを混合し、電気炉で2700℃まで加熱し、鱗片状のSiC結晶を得ることに成功した。このSiC結晶の合成方法はアチソン法として知られており、現在でも産業界で主流のSiC研磨材の製造方法となっています。アチソン法では、合成原料の純度が低く、合成プロセスが粗雑であるため、より多くのSiC不純物が生成され、結晶の完全性が低く、結晶直径が小さいため、大型、高純度、高品質に対する半導体業界の要件を満たすことが困難です。 -高品質の結晶であるため、電子機器の製造には使用できません。
フィリップス研究所のレリーは、1955年にSiC単結晶を成長させるための新しい方法を提案しました。この方法では、黒鉛るつぼを成長容器として使用し、SiC粉末結晶をSiC結晶成長の原料として使用し、多孔質黒鉛を単結晶の分離に使用します。成長する原料の中心から空洞になった部分。成長時には、ArまたはH2雰囲気下で黒鉛るつぼを2500℃に加熱し、周囲のSiC粉末を昇華分解してSiとCの気相物質にし、ガス後の中空領域にSiC結晶を成長させます。流れは多孔質グラファイトを通って伝達されます。
第三に、SiC結晶成長技術
SiCはその特性上、単結晶成長が困難です。これは主に、大気圧では化学量論比が Si:C = 1:1 である液相が存在せず、現在の主流の半導体成長プロセスで使用されているより成熟した成長方法では成長できないという事実によるものです。業界 - cZ 法、落下るつぼ法およびその他の方法。理論計算によると、圧力が10E5atm以上、温度が3200℃以上の場合にのみ、化学量論比のSi:C=1:1溶液が得られます。この問題を克服するために、科学者は高品質、大型、安価な SiC 結晶を得るさまざまな方法を提案するたゆまぬ努力を続けてきました。現在、主な方法はPVT法、液相法、高温気相化学堆積法である。
投稿時刻: 2024 年 1 月 24 日