一文了解碳化硅晶体如何制备2

(2) 液相法

液相法生长碳化硅单晶的速度较慢，但是生长出的晶体具有较高的结构完整性，图2-5 为液相法生长碳化硅晶体的原理图。液相法一般采用石墨坩埚， 一方面是因为其耐 高温、抗腐蚀，另一方面是其可以为晶体生长提高C 源。在石墨坩埚中放置硅原料以及一些掺杂物，由于坩埚壁处的温度高，籽晶杆处的温度低，石墨坩埚中的C 溶解后就会在籽晶处和融化后的Si结合，形成碳化硅晶体。相对于 PVT 法生长碳化硅，液相法具有位错密度低、易于实现扩径、可以获得p型晶体等优点，但是在杂质含量控制、过渡元素选择等方面仍存在一定问题。

(3) 高温化学气相沉积法

1995年，瑞典 Kordina 教授基于化学气相沉积法 (CVD  法)提出了高温化学气相 沉积法 (HTCVD  法),该方法所要求的环境温度达到2100℃~2300℃,克服了 CVD法生长速率缓慢的缺陷，其原理示意图如图2-6所示。HTCVD 法的装置和 PVT 法类似，均由加热线圈、保温层、坩埚构成，但HTCVD 法的坩埚上下面分别有气体进出口，用 于向坩埚内通入硅烷和丙烷，作为晶体生长的硅源和碳源。这些气体以氢气、氩气或两 者的混合气作为载气，在籽晶处生长碳化硅单晶，生长时载气的流量会对晶体的质量造 成较大的影响。在合理控制温度、载气流速的条件下，采用高温化学气相沉积法可以快 速地生长出高品质碳化硅单晶，其速度在100~200μm/h 左右，相对于PVT 法， HTCVD   法有纯度高、C/Si   比控制方便以及粉源材料可以持续供应等优点，但是生长成本较高。

三种碳化硅晶体生长方法的优缺点如表2-2所示，由于PVT 法生长碳化硅的设备结 构简单，操作方便，且运行成本较低，所以是工业上主流的碳化硅长晶方法，目前每年采用 PVT 法生长的衬底产量可达几十万片，且已开发出8英寸的碳化硅衬底样品。