A szilícium egykristályok előállításának fő módszerei a következők: fizikai gőzszállítás (PVT), felső oltványos oldatnövesztés (TSSG) és magas hőmérsékletű kémiai gőzleválasztás (HT-CVD). Ezek közül a PVT módszer széles körben elterjedt az ipari termelésben az egyszerű berendezés, a könnyű szabályozhatóság, valamint az alacsony berendezés- és üzemeltetési költségek miatt.
A szilícium-karbid kristályok PVT-növesztésének főbb technikai pontjai
A szilícium-karbid kristályok fizikai gőzszállítási (PVT) módszerrel történő növesztése során a következő technikai szempontokat kell figyelembe venni:
- Grafitanyagok tisztasága a növekedési kamrában: A grafitkomponensek szennyeződés-tartalmának 5×10⁻⁶ alatt kell lennie, míg a szigetelőfilc szennyeződés-tartalmának 10×10⁻⁶ alatt kell lennie. Az olyan elemek, mint a B és az Al, tartalmát 0,1×10⁻⁶ alatt kell tartani.
- Helyes oltókristály-polaritás kiválasztása: Empirikus vizsgálatok kimutatták, hogy a C (0001) felület alkalmas 4H-SiC kristályok növesztésére, míg a Si (0001) felület 6H-SiC kristályok növesztésére szolgál.
- Tengelyen kívüli oltókristályok használata: A tengelyen kívüli oltókristályok megváltoztathatják a kristálynövekedés szimmetriáját, csökkentve a kristály hibáit.
- Kiváló minőségű oltókristály-kötési eljárás.
- A kristálynövekedési határfelület stabilitásának fenntartása a növekedési ciklus alatt.
Kulcsfontosságú technológiák a szilícium-karbid kristálynövekedéshez
- Doppingtechnológia szilícium-karbid porhoz
A szilícium-karbid por megfelelő mennyiségű Ce-vel való adalékolása stabilizálhatja a 4H-SiC egykristályok növekedését. A gyakorlati eredmények azt mutatják, hogy a Ce-adalékolás:
- Növelje a szilícium-karbid kristályok növekedési sebességét.
- Szabályozza a kristálynövekedés orientációját, téve azt egyenletesebbé és szabályosabbá.
- Csökkenti a szennyeződések képződését, csökkenti a hibákat és elősegíti az egykristályos és kiváló minőségű kristályok előállítását.
- Gátolja a kristály hátoldali korrózióját és javítja az egykristályos hozamot.
- Axiális és radiális hőmérséklet-gradiens szabályozási technológia
Az axiális hőmérsékleti gradiens elsősorban a kristálynövekedés típusát és hatékonyságát befolyásolja. A túlzottan kis hőmérsékleti gradiens polikristályos képződéshez vezethet és csökkentheti a növekedési sebességet. A megfelelő axiális és radiális hőmérsékleti gradiensek elősegítik a gyors SiC kristálynövekedést, miközben stabil kristályminőséget biztosítanak. - Bazális síkbeli diszlokáció (BPD) szabályozási technológia
A BPD-hibák főként akkor keletkeznek, amikor a kristályban a nyírófeszültség meghaladja a SiC kritikus nyírófeszültségét, aktiválva a csúszási rendszereket. Mivel a BPD-hibák merőlegesek a kristálynövekedési irányra, elsősorban a kristálynövekedés és -hűtés során alakulnak ki. - Gőzfázis-összetétel arány beállítási technológia
A szén-szilícium arány növelése a növekedési környezetben hatékony intézkedés az egykristályos növekedés stabilizálására. A magasabb szén-szilícium arány csökkenti a nagylépcsős csomósodást, megőrzi a magkristályok felületi növekedési információit, és gátolja a politipek képződését. - Alacsony stresszű szabályozási technológia
A kristálynövekedés során fellépő feszültség a kristálysíkok meghajlását okozhatja, ami rossz kristályminőséghez vagy akár repedéshez vezethet. A nagy feszültség a kristálysíkok diszlokációját is növeli, ami hátrányosan befolyásolhatja az epitaxiális réteg minőségét és az eszköz teljesítményét.
6 hüvelykes SiC ostya szkennelési kép
Módszerek a kristályok feszültségének csökkentésére:
- Állítsa be a hőmérséklet-eloszlást és a folyamatparamétereket a SiC egykristályok közel egyensúlyi növekedésének lehetővé tétele érdekében.
- Optimalizálja a tégely szerkezetét, hogy minimális korlátozásokkal lehetővé tegye a szabad kristálynövekedést.
- Módosítsa az oltókristály rögzítési technikáit az oltókristály és a grafittartó közötti hőtágulási eltérés csökkentése érdekében. Gyakori megközelítés, hogy 2 mm-es rést hagynak az oltókristály és a grafittartó között.
- A lágyítási folyamatok javítása helyszíni kemencés lágyítással, a lágyítási hőmérséklet és időtartam beállításával a belső feszültség teljes felszabadítása érdekében.
Jövőbeli trendek a szilícium-karbid kristálynövekedési technológiában
A jövőre nézve a kiváló minőségű SiC egykristály előállítási technológia a következő irányokban fog fejlődni:
- Nagymértékű növekedés
A szilícium-karbid egykristályok átmérője néhány milliméterről 6, 8, sőt még nagyobb, 12 hüvelykes méretekre fejlődött. A nagy átmérőjű SiC kristályok javítják a termelési hatékonyságot, csökkentik a költségeket, és kielégítik a nagy teljesítményű eszközök igényeit. - Kiváló minőségű növekedés
A nagy teljesítményű eszközökhöz elengedhetetlenek a kiváló minőségű SiC egykristályok. Bár jelentős előrelépés történt, továbbra is előfordulnak olyan hibák, mint a mikrocsövek, diszlokációk és szennyeződések, amelyek befolyásolják az eszközök teljesítményét és megbízhatóságát. - Költségcsökkentés
A SiC kristályok előállításának magas költsége bizonyos területeken korlátozza az alkalmazását. A növekedési folyamatok optimalizálása, a termelési hatékonyság javítása és a nyersanyagköltségek csökkentése segíthet a termelési költségek csökkentésében. - Intelligens növekedés
A mesterséges intelligencia és a big data fejlődésével a SiC kristálynövekedési technológia egyre inkább intelligens megoldásokat fog alkalmazni. A szenzorok és automatizált rendszerek segítségével történő valós idejű monitorozás és vezérlés javítja a folyamat stabilitását és szabályozhatóságát. Ezenkívül a big data elemzés optimalizálhatja a növekedési paramétereket, javítva a kristályminőséget és a termelési hatékonyságot.
A kiváló minőségű szilícium-karbid egykristály-előállítási technológia kulcsfontosságú a félvezető anyagkutatásban. A technológia fejlődésével a SiC kristálynövekedési technikák is folyamatosan fejlődnek, szilárd alapot teremtve a magas hőmérsékletű, nagyfrekvenciás és nagy teljesítményű mezőkben történő alkalmazásokhoz.
Közzététel ideje: 2025. július 25.