Silizio karburozko kristal bakarreko hazkuntzarako metodo nagusiak hauek dira: lurrun-garraio fisikoa (PVT), goi-hazitako disoluzio-hazkuntza (TSSG) eta tenperatura altuko lurrun-deposizio kimikoa (HT-CVD).

Horien artean, PVT metodoa industria-ekoizpenerako teknika nagusi bihurtu da, ekipamenduen konfigurazio nahiko sinplea, funtzionamendu eta kontrol erraztasuna eta ekipamendu eta funtzionamendu kostu txikiagoak dituelako.

---

PVT metodoa erabiliz SiC kristalen hazkuntzaren puntu tekniko nagusiak

PVT metodoa erabiliz silizio karburo kristalak hazteko, hainbat alderdi tekniko arretaz kontrolatu behar dira:

1. Grafitozko materialen purutasuna eremu termikoan
   Kristalen hazkuntza termikoaren eremuan erabiltzen diren grafito materialek purutasun-eskakizun zorrotzak bete behar dituzte. Grafito-osagaien ezpurutasun-edukia 5×10⁻⁶ baino txikiagoa izan behar da, eta isolamendu-feltroena 10×10⁻⁶ baino txikiagoa. Zehazki, boroaren (B) eta aluminioaren (Al) edukia 0,1×10⁻⁶ baino txikiagoa izan behar da.

2. Hazi Kristalaren Polaritate Zuzena
   Datu enpirikoek erakusten dute C aurpegia (0001) egokia dela 4H-SiC kristalak hazteko, eta Si aurpegia (0001) 6H-SiC hazkuntzarako.

3. Ardatz kanpoko hazi-kristalen erabilera
   Ardatzetatik kanpoko haziek hazkuntza-simetria alda dezakete, kristalen akatsak murriztu eta kristalen kalitate hobea sustatu.

4. Hazi Kristalen Lotura Teknika Fidagarria
   Hazi-kristalaren eta euskarriaren arteko lotura egokia ezinbestekoa da hazkuntzan zehar egonkortasunerako.

5. Hazkunde Interfazearen Egonkortasuna Mantentzea
   Kristalaren hazkuntza-ziklo osoan zehar, hazkuntza-interfazea egonkor mantendu behar da kristalen garapen kalitate handikoa bermatzeko.

 

---

SiC kristalen hazkuntzako oinarrizko teknologiak

1. SiC hautserako dopatze-teknologia

SiC hautsa zerioarekin (Ce) dopatzeak 4H-SiC bezalako politipo bakar baten hazkundea egonkortu dezake. Praktikak erakutsi du Ce dopaketak honako hau egin dezakeela:

• SiC kristalen hazkunde-tasa handitu;

• Hobetu kristalen orientazioa hazkuntza uniformeagoa eta norabidetsuagoa lortzeko;

• Murriztu ezpurutasunak eta akatsak;

• Kristalaren atzealdeko korrosioa ezabatzen du;

• Kristal bakarreko errendimendu-tasa handitu.

2. Gradiente termiko axial eta erradialen kontrola

Tenperatura gradiente axialek kristal politipoan eta hazkunde-tasan eragina dute. Gradiente txikiegia batek politipo inklusioak eta lurrun-fasean material-garraioa murriztu dezake. Gradiente axialak eta erradialak optimizatzea ezinbestekoa da kristalen hazkunde azkar eta egonkorra lortzeko, kalitate koherentearekin.

3. Oinarrizko Planoaren Dislokazioaren (BPD) Kontrol Teknologia

BPDak batez ere SiC kristaletan atalase kritikoa gainditzen duen zizaila-tentsioaren ondorioz sortzen dira, irristatze-sistemak aktibatuz. BPDak hazkunde-norabidearekiko perpendikularrak direnez, normalean kristalaren hazkundean eta hoztean sortzen dira. Barne-tentsioa minimizatzeak BPD dentsitatea nabarmen murriztu dezake.

4. Lurrun-faseko konposizio-erlazioaren kontrola

Karbono-silizio erlazioa lurrun-fasean handitzea politipo bakarreko hazkundea sustatzeko metodo frogatua da. C/Si erlazio altuak makro-mailako multzokatzea murrizten du eta hazi-kristaletik gainazaleko herentzia mantentzen du, horrela nahi ez diren politipoen eraketa eragotziz.

5. Estres Gutxiko Hazkuntza Teknikak

Kristalen hazkuntzan zehar sortzen den estresak sare-plano kurbatuak, pitzadurak eta BPD dentsitate handiagoak sor ditzake. Akats hauek geruza epitaxialetara eraman daitezke eta gailuaren errendimenduan eragin negatiboa izan dezakete.

Kristalaren barne-tentsioa murrizteko hainbat estrategia daude:

• Eremu termikoaren banaketa eta prozesuaren parametroak doitzea ia orekako hazkundea sustatzeko;

• Kristala askatasunez hazteko aukera emateko, gurutze-diseinua optimizatzea, muga mekanikorik gabe;

• Hazien euskarriaren konfigurazioa hobetzea, berotzean haziaren eta grafitoaren arteko hedapen termikoaren desadostasuna murrizteko, askotan 2 mm-ko tartea utziz haziaren eta euskarriaren artean;

• Erreketa-prozesuak fintzea, kristala labearekin batera hozten uztea eta tenperatura eta iraupena doitzea barne-tentsioa guztiz arintzeko.

---

SiC kristalen hazkuntza teknologiaren joerak

1. Kristal tamaina handiagoak
SiC kristal bakarreko diametroak milimetro gutxi batzuetatik 6 hazbeteko, 8 hazbeteko eta baita 12 hazbeteko obleetara ere igo dira. Obleta handiagoek ekoizpen-eraginkortasuna areagotzen dute eta kostuak murrizten dituzte, potentzia handiko gailuen aplikazioen eskakizunak asetzen dituzten bitartean.

2. Kristal Kalitate Handiagoa
Kalitate handiko SiC kristalak ezinbestekoak dira errendimendu handiko gailuetarako. Hobekuntza nabarmenak izan arren, egungo kristalek oraindik akatsak erakusten dituzte, hala nola mikrohodiak, dislokazioak eta ezpurutasunak, eta horiek guztiek gailuaren errendimendua eta fidagarritasuna hondatu ditzakete.

3. Kostuen murrizketa
SiC kristalen ekoizpena nahiko garestia da oraindik, eta horrek erabilera zabalagoa mugatzen du. Hazkunde-prozesu optimizatuen, ekoizpen-eraginkortasunaren eta lehengaien kostuen jaitsieraren bidez kostuak murriztea ezinbestekoa da merkatu-aplikazioak zabaltzeko.

4. Fabrikazio Adimenduna
Adimen artifizialaren eta datu handien teknologien aurrerapenekin, SiC kristalen hazkundea prozesu adimendun eta automatizatuetarantz doa. Sentsoreek eta kontrol-sistemek hazkunde-baldintzak denbora errealean kontrolatu eta doitu ditzakete, prozesuaren egonkortasuna eta aurreikusgarritasuna hobetuz. Datuen analisiak prozesuaren parametroak eta kristalen kalitatea are gehiago optimiza ditzake.

Kalitate handiko SiC kristal bakarreko hazkuntza-teknologiaren garapena erdieroaleen materialen ikerketaren ardatz nagusia da. Teknologiak aurrera egin ahala, kristalen hazkuntza-metodoak eboluzionatzen eta hobetzen jarraituko dute, eta oinarri sendoa emango dute SiC aplikazioetarako tenperatura altuko, maiztasun altuko eta potentzia handiko gailu elektronikoetan.