Кључна разматрања за припрему висококвалитетног монокристала силицијум карбида

Главне методе за припрему монокристала силицијума укључују: физички транспорт из паре (PVT), раст раствора са горњим засејавањем (TSSG) и хемијско таложење из паре на високој температури (HT-CVD). Међу њима, PVT метода је широко примењена у индустријској производњи због једноставне опреме, лакоће контроле и ниских трошкова опреме и рада.

Кључне техничке тачке за PVT раст кристала силицијум карбида

Приликом узгоја кристала силицијум карбида коришћењем методе физичког транспорта паре (PVT), морају се узети у обзир следећи технички аспекти:

1. Чистоћа графитних материјала у комори за раст: Садржај нечистоћа у графитним компонентама мора бити испод 5×10⁻⁶, док садржај нечистоћа у изолационом филцу мора бити испод 10×10⁻⁶. Елементи као што су B и Al треба да се држе испод 0,1×10⁻⁶.
2. Исправан избор поларитета кристалног семена: Емпиријске студије показују да је C (0001) страна погодна за узгој 4H-SiC кристала, док се Si (0001) страна користи за узгој 6H-SiC кристала.
3. Употреба ваносних кристала семена: Ваносни кристали семена могу променити симетрију раста кристала, смањујући дефекте у кристалу.
4. Висококвалитетни процес везивања кристала.
5. Одржавање стабилности интерфејса за раст кристала током циклуса раста.

Кључне технологије за раст кристала силицијум карбида

1. Технологија допирања за прах силицијум карбида
   Допирање праха силицијум карбида одговарајућом количином Ce може стабилизовати раст 4H-SiC монокристала. Практични резултати показују да допирање Ce може:

• Повећајте брзину раста кристала силицијум карбида.
• Контролишите оријентацију раста кристала, чинећи га уједначенијим и правилнијим.
• Сузбија стварање нечистоћа, смањујући дефекте и олакшавајући производњу монокристалних и висококвалитетних кристала.
• Спречити корозију задње стране кристала и побољшати принос монокристала.

• Технологија контроле аксијалног и радијалног градијента температуре
  Аксијални температурни градијент првенствено утиче на тип и ефикасност раста кристала. Претерано мали температурни градијент може довести до формирања поликристала и смањити брзину раста. Правилни аксијални и радијални температурни градијенти олакшавају брз раст кристала SiC, уз одржавање стабилног квалитета кристала.
• Технологија контроле дислокације базалне равни (BPD)
  Дефекти БПД-а углавном настају када напон смицања у кристалу пређе критични напон смицања SiC-а, активирајући системе клизања. Пошто су БПД-ови нормални на правац раста кристала, они се првенствено формирају током раста и хлађења кристала.
• Технологија подешавања односа састава парне фазе
  Повећање односа угљеника и силицијума у окружењу за раст је ефикасна мера за стабилизацију раста монокристала. Већи однос угљеника и силицијума смањује велико степенасто груписање, чува информације о расту површине кристала и сузбија формирање политипова.
• Технологија контроле ниског стреса
  Напрезање током раста кристала може изазвати савијање кристалних равни, што доводи до лошег квалитета кристала или чак пуцања. Високо напрезање такође повећава дислокације базалних равни, што може негативно утицати на квалитет епитаксијалног слоја и перформансе уређаја.

Слика скенирања SiC плочице од 6 инча

Методе за смањење напрезања у кристалима:

• Подесите расподелу температурног поља и параметре процеса како бисте омогућили раст монокристала SiC у готово равнотежним условима.
• Оптимизујте структуру лончића како бисте омогућили слободан раст кристала уз минимална ограничења.
• Измените технике фиксирања кристала семена како бисте смањили неусклађеност термичког ширења између кристала семена и држача графита. Уобичајени приступ је остављање размака од 2 мм између кристала семена и држача графита.
• Побољшајте процесе жарења применом жарења у пећи на лицу места, подешавањем температуре и трајања жарења како бисте потпуно ослободили унутрашњи напон.

Будући трендови у технологији раста кристала силицијум карбида

У будућности, технологија припреме висококвалитетних монокристала SiC развијаће се у следећим правцима:

1. Раст великих размера
   Пречник монокристала силицијум карбида еволуирао је од неколико милиметара до величина од 6 инча, 8 инча, па чак и већих 12 инча. Кристали SiC великог пречника побољшавају ефикасност производње, смањују трошкове и задовољавају захтеве уређаја велике снаге.
2. Висококвалитетни раст
   Висококвалитетни SiC монокристали су неопходни за високоперформансне уређаје. Иако је постигнут значајан напредак, дефекти попут микроцеви, дислокација и нечистоћа и даље постоје, што утиче на перформансе и поузданост уређаја.
3. Смањење трошкова
   Висока цена припреме SiC кристала ограничава његову примену у одређеним областима. Оптимизација процеса раста, побољшање ефикасности производње и смањење трошкова сировина могу помоћи у смањењу трошкова производње.
4. Интелигентни раст
   Са напретком у вештачкој интелигенцији и великим подацима, технологија раста SiC кристала ће све више усвајати интелигентна решења. Праћење и контрола у реалном времену помоћу сензора и аутоматизованих система побољшаће стабилност и управљивост процеса. Поред тога, аналитика великих података може оптимизовати параметре раста, побољшавајући квалитет кристала и ефикасност производње.

Технологија припреме висококвалитетних монокристала силицијум карбида је кључни фокус у истраживању полупроводничких материјала. Како технологија напредује, технике раста SiC кристала ће се наставити развијати, пружајући солидну основу за примене у областима високих температура, високих фреквенција и велике снаге.