Способ выращивания слоев карбида кремния на гибких или твердых подложках Российский патент 2025 года по МПК C30B29/36 C01B32/984 B82B3/00 B82Y30/00 

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Выращивание эпитаксиальных слоев карбида кремния, как правило, проводится методами CVD, и в Интернете можно найти громадное количество патентов по этой тематике. Мы рассмотрим наиболее близкий патент Феоктистова RU 86351 U от 12.05.2008. Все патенты иностранные довольно близки, следует также рассмотреть работы фирмы Микрон. Наибольшего успеха по эпитаксиальному выращиванию карбида добился Электротехнический университет, группа Афанасьева, Ильина, которые создали оборудование, работающее с подложками диаметром до 200 мм, максимальная толщина слоя до 100 мкм при максимальной скорости кристаллизации 40-50 мкм/ч. Все остальные работы имеют одинаковые черты реализации: 1. Скорость эпитаксиального роста не превышает 3-4 мкм/ч. 2. Максимальный размер подложки не превышает 2-3 дюймов. 3.Процессы синтеза протекают при температурах 1800-2200°С. 4. Сложное технологическое оборудование для контроля ростовых и легирующих компонентов в газовых потоках. Все эти особенности технологического процесса создают большие трудности при коммерциализации и удешевлении производства. Качество пленок оставляет желать лучшего.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предлагаемый метод кристаллизации основывается на фундаментальных работах лауреатов Нобелевской премии С.Н. Таунса, академика А.М. Прохорова, члена корр. Г.А. Аскарьяна, Паркера. За прототип предлагаемого изобретения выбран патент JHY 0617190, С30 В29/36, 1994, способ включает выращивание слоев карбида кремния на подложке на основе кремния путем нанесения на нее углерода в стехиометрическом соотношении в области существования карбида кремния и облучения импульсным сканирующим лазерным излучением.

Недостатком известного прототипа является то, что выращивание монокристаллических слоев карбида кремния производится в сверхвысоком вакууме на монокристаллических подложках кремния, при этом скорость кристаллизации не превышает 2-3 мкм/ч. Метод совершенно непригоден для изготовления поликристаллического карбида кремния большой площади (квадратные метры).

В основу изобретения поставлена задача снизить трудоемкость выращивания эпитаксиальных слоев карбида кремния, увеличить производительность технологического процесса за счет высокой скорости кристаллизации и увеличения размеров подложки.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления карбида кремния на гибкой или твердой подложке между слоем кремния и алюминиевой пластифицированной фольгой вводят слой углерода в стехиометрическом соотношении для образования карбида кремния. Таким образом, создается двухслойная пленочная структура. Изготовленная таким образом структура подвергается воздействию сканирующего импульсного лазерного излучения до достижения температур 1800-2200°С, при таком способе воздействия, используя программное обеспечение работы лазерной установки, изменяя мощность излучения, скорость сканирования, удается получать слои карбида кремния от 60 нм до 250 мкм. При таком способе воздействия на структуру одновременно происходит легирование карбида кремния алюминием, т.е. увеличение акцепторной проводимости. Для выращивания слоев карбида кремния с электронной проводимостью слой углерода легируют сурьмой или висмутом, при этом для создания высокого давления между кремнием и чистой пластиковой фольгой помещают сурьму или висмут в виде тонкой фольги.

Поскольку механическая прочность, небольшой удельный вес, высокая теплопроводность, которые приближаются к алмазу, гибкий карбид кремния является необычайно перспективным материалом для изготовления бронежилетов нового поколения, однако для увеличения пуленеробиваемости следует склеивать 3-5 слоев между собой. В бронежилетах для придания хорошей механической прочности и гибкости толщина карбида кремния не должна превышать 250 мкм.

ЛУЧШИЕ ВАРИАНТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предлагаемая технология позволяет изготавливать слои карбида кремния р- и n- типов проводимости, а также нелегированные слои. Поэтому технология перспективна для изготовления диодов Шоттки, которые вытесняют с рынка аналогичные диоды Шоттки на кремнии. Так, фирма CREE разработала технологию изготовления линеек диодов с параметрами ток 1-20 А, при u=600 В; 10-20 А, u=300 В; 5-20 А, u=1200 В. Фирма FINEON выпускает диоды Шоттки и транзисторы с аналогичными характеристиками. Низкие токи утечки, более высокое быстродействие, работа при более высоких температурах позволяет перейти в террагерцовую технологию, которая крайне необходима для современной авионики шестого поколения, портативной электроавтомобильной техники, компьютерной технологии.

Изобретение относится к эпитаксиальному выращиванию слоев карбида кремния и может быть использовано авионике, электроавтомобильной технике, компьютерной технологии, а также при изготовлении бронежилетов нового поколения. На гибкую или твердую подложку на основе кремния наносят углерод в стехиометрическом соотношении в области существования карбида кремния. Полученную двухслойную пленочную структуру облучают импульсным сканирующим лазерным излучением надпороговой мощности до достижения температур 1800-2200°С, выращивая таким образом слои карбида кремния. Для получения карбида кремния р-типа проводимости на слой углерода помещают пластифицированную алюминиевую фольгу. Для получения карбида кремния n-типа проводимости слой углерода заклеивают фольгой из элементов пятой основной группы Периодической системы Д.И. Менделеева. Изобретение позволяет снизить трудоемкость выращивания эпитаксиальных слоев карбида кремния и увеличить производительность за счет высокой скорости кристаллизации и увеличения размеров подложки. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ выращивания слоев карбида кремния на подложке на основе кремния путем нанесения на нее углерода в стехиометрическом соотношении в области существования карбида кремния созданием двухслойной пленочной структуры, которая облучается импульсным сканирующим лазерным излучением надпороговой мощности, отличающийся тем, что используют гибкие и твердые подложки и сканирующее лазерное излучение надпороговой мощности до достижения температур 1800-2200°С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для получения карбида кремния р-типа проводимости на слой углерода помещают пластифицированную алюминиевую фольгу.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для получения карбида кремния n-типа проводимости слой углерода заклеивают фольгой из элементов пятой основной группы Периодической системы Д.И. Менделеева.