Crystal growth of SiC using a modified PVT setup

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Peter Wellmann
• Subject Area: Experimental Condensed Matter Physics
• Term: from 2002 to 2009
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5469528

Die Kristallzüchtung von Siliziumkarbid (SiC) Einkristallen für kommerzielle Anwendungen erfolgt heute ausschließlich aus der Gasphase nach dem sogenannten PVT (physical vapor phase)-Verfahren. Dabei wird SiC-Pulver in einem geschlossenen Graphittiegel bei hohen Temperaturen sublimiert, das an einer etwas kälteren Stelle der Wachstumszelle an einem vorgegebenem SiC-Keim rekristallisiert. Ein wesentliches Problem der beschriebenen Züchtungsmethode ist der mangelnde Zugriff auf die Prozesse im Tiegelinneren. Eingestellt werden können derzeit nur das Temperaturfeld und der Inertgasdruck. Bei Letzterem wird ausgenutzt, dass das Graphittiegelmaterial stets eine, wenn auch sehr kleine Porosität aufweist. Für die für das Kristallwachstum so wichtige Gasphasenkomposition besteht praktisch keine Regelungsmöglichkeit; sie ist durch die eingestellten Temperaturverhältnisse und die damit verbundenen Partialgasdrücke festgelegt. Der Ansatz dieser Arbeit besteht in der Modifizierung des PVT-Verfahrens durch den Einbau einer Gasleitung, die direkt in den Züchtungstiegel führt. Durch das Einbringen von zusätzlichen Gasen soll die Zusammensetzung der durch den Sublimationsvorgang des SiC-Quellenmaterials bestimmten Gasphase "modifiziert" werden. Zum einen soll das C/Si-Verhältnis im Züchtungstiegel verändert werden, um dadurch Einfluss auf das Wachstum eines bestimmten SiC-Polytyps zu nehmen. Zum anderen soll durch das definierte Einbringen von Dotierstoffgasen insbesondere die Homogenität der p-Dotierung mit Aluminium verbessert werden. Die Implementierung einer zusätzlichen Gasleitung in die Wachstumszelle hat weitreichende Folgen für das thermische Feld und den globalen SiC-Kristallwachstumsprozess im Tiegel. Die notwendigen technologischen Grundlagen sind Gegenstand eines laufenden DFG-Forschungsvorhabens und wurden dort bereits gelöst. Für das neu beantragte Projekt bedeutet das, dass die Realisierbarkeit des M-PVT-Verfahrens als geklärt gilt und sofort mit Experimenten begonnen werden kann, um das Potential des neuen Verfahrens auszuloten.

• DFG Programme: Research Units
• Subproject of: FOR 476: Silicon Carbide as Semiconductor Material: Alternative Approaches towards Crystal Growth and Doping
• Participating Person: Professor Dr. Albrecht Winnacker