Study on the growth of 4H-SiC single crystal with high purity SiC fine powder

High purity SiC fine powder with metal impurity contents of less than 1 ppm was synthesized by improved carbothermal reduction process, and the synthesized powder was used for SiC single crystal growth in RF heating PVT device at temperature above 2,100℃. In-situ x-ray image analyzer was used to observe the sublimation of the powder and single crystal growth behavior during the growth process. SiC powder was used as a source of single crystal growth, exhausted from the outside of the graphite crucible at the growth temperature and left graphite residues. During the growth, the flow of raw materials was concentrated in the middle and influenced the growth behavior of SiC single crystals. This is due to the difference in temperature distribution inside the crucible due to the fine powder. After the single crystal growth was completed, the single crystal ingot was cut into a 1 mm thick single crystal substrate and finely polished using a diamond abrasive slurry. A dark yellow 4H-SiC was observed overall of single crystal substrate, and the polycrystals generated in the outer part may be caused by the incorporation of impurities such as the bubble layer mixed in the process of attaching the seed crystal to the seed holder.

고순도 SiC 미분말을 적용한 4H-SiC 단결정 성장에 관한 연구

개선된 열탄소환원법으로 합성된 금속불순물함량 1 ppm 이하의 고순도 SiC 미립 분말을 이용하여 2,100℃ 이상고온의 RF 가열 PVT 장치에서 SiC 단결정을 성장시켰으며, In-situ x-ray 이미지 분석을 통해 성장과정 중 분말의 승화거동 및 단결정 성장거동을 관찰하였다. SiC 분말은 단결정 성장의 공급원으로 온도가 높은 외곽 부분부터 소진되고 graphite 잔여물이 남았다. 성장 중 원료의 흐름은 가운데 부분으로 집중되었으며 SiC 단결정의 성장거동에도 영향을 미쳤는데, 이는 미립분말로 인한 도가니 내부 온도분포 차이가 원인으로 예상되었다. 단결정 성장이 완료된 후, 단결정 잉곳을 1 mm 두께의 단결정 기판으로 절단하고 또한, 잉곳에서 얻어진 단결정 기판은 전반적으로 짙은 황색의 4H -SiC가 관찰되었으며, 외곽에 일부 발생한 다결정은 시드결정을 시드홀더에 부착하는 과정에서 혼입된 기포층과 같은 불순물 혼입이 원인으로 사료된다.