Главне методе за узгој монокристала силицијум карбида укључују физички транспорт паре (PVT), раст раствора са горњим засејавањем (TSSG) и хемијско таложење паре на високој температури (HT-CVD).

Међу њима, PVT метода је постала примарна техника за индустријску производњу због релативно једноставног подешавања опреме, лакоће рада и контроле, као и нижих трошкова опреме и рада.

---

Кључне техничке тачке раста SiC кристала коришћењем PVT методе

Да би се кристали силицијум карбида узгајали коришћењем PVT методе, потребно је пажљиво контролисати неколико техничких аспеката:

1. Чистоћа графитних материјала у термалном пољу
   Графитни материјали који се користе у термичком пољу за раст кристала морају испуњавати строге захтеве чистоће. Садржај нечистоћа у графитним компонентама треба да буде испод 5×10⁻⁶, а за изолационе филце испод 10×10⁻⁶. Конкретно, садржај бора (B) и алуминијума (Al) мора бити испод 0,1×10⁻⁶.

2. Исправан поларитет кристалног семена
   Емпиријски подаци показују да је C-страна (0001) погодна за раст 4H-SiC кристала, док је Si-страна (0001) погодна за раст 6H-SiC.

3. Употреба ваносних кристала за семе
   Ваносна семена могу променити симетрију раста, смањити кристалне дефекте и промовисати бољи квалитет кристала.

4. Поуздана техника везивања кристала семена
   Правилно везивање између кристалног семена и држача је неопходно за стабилност током раста.

5. Одржавање стабилности интерфејса раста
   Током целог циклуса раста кристала, површина раста мора остати стабилна како би се осигурао висококвалитетни развој кристала.

 

---

Основне технологије у расту SiC кристала

1. Технологија допирања за SiC прах

Допирање SiC праха церијумом (Ce) може стабилизовати раст једног политипа као што је 4H-SiC. Пракса је показала да допирање Ce може:

• Повећати брзину раста SiC кристала;

• Побољшати оријентацију кристала за равномернији и усмеренији раст;

• Смањите нечистоће и недостатке;

• Сузбијање задње корозије кристала;

• Повећајте принос монокристала.

2. Контрола аксијалних и радијалних термичких градијената

Аксијални температурни градијенти утичу на политип кристала и брзину раста. Премали градијент може довести до политипских инклузија и смањеног транспорта материјала у парној фази. Оптимизација и аксијалних и радијалних градијената је кључна за брз и стабилан раст кристала са константним квалитетом.

3. Технологија контроле дислокације базалне равни (BPD)

БПД-ови се углавном формирају услед напона смицања који прелази критични праг у SiC кристалима, активирајући системе клизања. Пошто су БПД-ови нормални на правац раста, они обично настају током раста и хлађења кристала. Минимизирање унутрашњег напона може значајно смањити густину БПД-ова.

4. Контрола односа састава парне фазе

Повећање односа угљеника и силицијума у парној фази је доказана метода за подстицање раста једног политипа. Висок однос C/Si смањује макростепено груписање и задржава површинско наслеђивање из кристалног семена, чиме се сузбија формирање нежељених политипова.

5. Технике раста са ниским стресом

Напрезање током раста кристала може довести до закривљених равни решетке, пукотина и већих густина BPD-а. Ови дефекти се могу пренети у епитаксијалне слојеве и негативно утицати на перформансе уређаја.

Неколико стратегија за смањење унутрашњег напрезања кристала укључује:

• Подешавање расподеле топлотног поља и параметара процеса ради подстицања раста близу равнотеже;

• Оптимизација дизајна лончића како би се кристалу омогућио слободан раст без механичких ограничења;

• Побољшање конфигурације држача семена ради смањења неусклађености термичког ширења између семена и графита током загревања, често остављањем размака од 2 мм између семена и држача;

• Процеси рафинирања жарења, омогућавајући кристалу да се охлади у пећи и подешавање температуре и трајања како би се потпуно ублажио унутрашњи напон.

---

Трендови у технологији раста SiC кристала

1. Веће величине кристала
Пречници монокристала SiC су се повећали са само неколико милиметара на плочице од 6 инча, 8 инча, па чак и 12 инча. Веће плочице повећавају ефикасност производње и смањују трошкове, а истовремено задовољавају захтеве примене уређаја велике снаге.

2. Виши квалитет кристала
Висококвалитетни SiC кристали су неопходни за високоперформансне уређаје. Упркос значајним побољшањима, тренутни кристали и даље показују дефекте као што су микроцеви, дислокације и нечистоће, што све може да смањи перформансе и поузданост уређаја.

3. Смањење трошкова
Производња SiC кристала је и даље релативно скупа, што ограничава ширу примену. Смањење трошкова кроз оптимизоване процесе раста, повећану ефикасност производње и ниже трошкове сировина је кључно за проширење тржишних примена.

4. Интелигентна производња
Са напретком у вештачкој интелигенцији и технологијама великих података, раст SiC кристала се креће ка интелигентним, аутоматизованим процесима. Сензори и контролни системи могу пратити и прилагођавати услове раста у реалном времену, побољшавајући стабилност и предвидљивост процеса. Анализа података може додатно оптимизовати параметре процеса и квалитет кристала.

Развој технологије раста висококвалитетних монокристала SiC је главни фокус у истраживању полупроводничких материјала. Како технологија напредује, методе раста кристала ће се наставити развијати и побољшавати, пружајући солидну основу за примену SiC у електронским уређајима високих температура, високих фреквенција и велике снаге.