Μέθοδοι Παρασκευής Μονόκρυστάλλων SiC: Έμφαση στη Μέθοδο PVT

Οι κύριες μέθοδοι παρασκευής μονόκρυστάλλων καρβιδίου του πυριτίου (SiC) περιλαμβάνουν τη Φυσική Μεταφορά Ατμών (PVT), την Ανάπτυξη από Διάλυμα με Σπόρο στην Κορυφή (TSSG) και την Εναπόθεση Χημικών Ατμών Υψηλής Θερμοκρασίας (HT-CVD).
Μεταξύ αυτών, η μέθοδος PVT είναι η πιο ευρέως υιοθετημένη στη βιομηχανική παραγωγή λόγω του απλού εξοπλισμού της, της ευκολίας ελέγχου, του σχετικά χαμηλού κόστους εξοπλισμού και των λειτουργικών εξόδων.

Βασικές Τεχνολογίες στην Ανάπτυξη PVT Κρυστάλλων SiC

Σχηματικό διάγραμμα της δομής ανάπτυξης PVT

Βασικές εκτιμήσεις για την ανάπτυξη κρυστάλλων SiC χρησιμοποιώντας τη μέθοδο Φυσικής Μεταφοράς Ατμών (PVT) περιλαμβάνουν:

Καθαρότητα των Υλικών Γραφίτη στο Θερμικό Πεδίο

Η περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες στα μέρη γραφίτη πρέπει να είναι κάτω από 5×10⁻⁶, και η περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες στο μονωτικό τσόχα πρέπει να είναι κάτω από 10×10⁻⁶.

Οι συγκεντρώσεις βορίου (B) και αλουμινίου (Al) πρέπει να είναι μικρότερες από 0.1×10⁻⁶.

Σωστή Επιλογή Πόλωσης του Κρυστάλλου Σπόρου

Η C (0001) όψη είναι κατάλληλη για την ανάπτυξη κρυστάλλων 4H-SiC.

Η Si (0001) όψη είναι κατάλληλη για την ανάπτυξη κρυστάλλων 6H-SiC.

Χρήση Κρυστάλλου Σπόρου Εκτός Άξονα

Οι σπόροι εκτός άξονα μεταβάλλουν τη συμμετρία ανάπτυξης και βοηθούν στη μείωση του σχηματισμού ελαττωμάτων στον κρύσταλλο.

Καλή Διαδικασία Σύνδεσης Κρυστάλλου Σπόρου

Εξασφαλίζει μηχανική σταθερότητα και ομοιομορφία κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ανάπτυξης.

Σταθερή Διεπαφή Ανάπτυξης Κατά τη Διάρκεια της Διαδικασίας

Η διατήρηση μιας σταθερής διεπαφής στερεού-αερίου είναι ζωτικής σημασίας για το σχηματισμό κρυστάλλων υψηλής ποιότητας.

Κρίσιμες Τεχνολογίες για την Ανάπτυξη Κρυστάλλων SiC

Τεχνολογία Ντόπινγκ σε Σκόνη SiC

Ντόπινγκ με Cerium (Ce) στη σκόνη πηγής προάγει τη σταθερή ανάπτυξη μονοφασικών κρυστάλλων 4H-SiC.

Τα οφέλη περιλαμβάνουν αυξημένο ρυθμό ανάπτυξης, βελτιωμένο έλεγχο προσανατολισμού, μειωμένες ακαθαρσίες και ελαττώματα και ενισχυμένη σταθερότητα μονοφασικής και ποιότητα κρυστάλλων.

Βοηθά επίσης στην καταστολή της οπίσθιας διάβρωσης και βελτιώνει την μονοκρυσταλλικότητα.

Έλεγχος Αξονικών και Ακτινικών Θερμικών Κλίσεων

Η αξονική θερμική κλίση επηρεάζει τη σταθερότητα των πολυτύπων και την απόδοση ανάπτυξης.

Οι χαμηλές κλίσεις μπορεί να οδηγήσουν σε ανεπιθύμητα πολύτυπα και μειωμένη μεταφορά υλικού.

Οι κατάλληλες αξονικές και ακτινικές κλίσεις εξασφαλίζουν γρήγορη ανάπτυξη και σταθερή ποιότητα κρυστάλλων.

Έλεγχος Δυστοκίας Βασικού Επιπέδου (BPD)

Τα BPD προκαλούνται από τη διάτμηση τάσης που υπερβαίνει την κρίσιμη διάτμηση τάσης του SiC.

Αυτά τα ελαττώματα σχηματίζονται κατά τη διάρκεια των σταδίων ανάπτυξης και ψύξης λόγω της ενεργοποίησης του συστήματος ολίσθησης.

Η μείωση της εσωτερικής τάσης ελαχιστοποιεί το σχηματισμό BPD.

Έλεγχος Αναλογίας Σύνθεσης Φάσης Αερίου

Ένα υψηλότερο λόγο άνθρακα προς πυρίτιο στη φάση αερίου βοηθά στην καταστολή της μετατροπής πολυτύπου.

Μειώνει τη μεγάλη συσσώρευση βημάτων, διατηρεί τις πληροφορίες της επιφάνειας ανάπτυξης και ενισχύει τη σταθερότητα των πολυτύπων.

​

Έλεγχος Ανάπτυξης Χαμηλής Τάσης

Η εσωτερική τάση οδηγεί σε κάμψη πλέγματος, ρωγμές κρυστάλλων και αυξημένα BPD, επηρεάζοντας αρνητικά την επιταξία και την απόδοση της συσκευής.

Οι βασικές στρατηγικές μείωσης της τάσης περιλαμβάνουν:

• Βελτιστοποίηση του θερμικού πεδίου και των παραμέτρων της διαδικασίας για προσέγγιση της ανάπτυξης ισορροπίας.

• Επανασχεδιασμός της δομής του χωνευτηρίου για να επιτρέπεται η ελεύθερη διαστολή των κρυστάλλων.

• Προσαρμογή των μεθόδων σύνδεσης σπόρων, π.χ., αφήνοντας ένα κενό 2 mm μεταξύ του σπόρου και του κατόχου γραφίτη για να φιλοξενηθούν οι διαφορές θερμικής διαστολής.

• Έλεγχος της ανόπτησης μετά την ανάπτυξη, συμπεριλαμβανομένης της ψύξης εντός του κλιβάνου και των βελτιστοποιημένων παραμέτρων ανόπτησης για την απελευθέρωση της υπολειμματικής τάσης.

Τάσεις Ανάπτυξης στην Τεχνολογία Ανάπτυξης Κρυστάλλων SiC
 

Στο μέλλον, η ανάπτυξη μονόκρυστάλλων SiC υψηλής ποιότητας θα προχωρήσει προς τις ακόλουθες κατευθύνσεις:

Μεγαλύτερο Μέγεθος Δίσκου

Η διάμετρος του δίσκου SiC έχει αυξηθεί από μερικά χιλιοστά σε 6 ιντσών, 8 ιντσών, και ακόμη και 12 ιντσών.

Οι μεγαλύτεροι δίσκοι βελτιώνουν την αποδοτικότητα της παραγωγής, μειώνουν το κόστος και πληρούν τις απαιτήσεις συσκευών υψηλής ισχύος.

Υψηλότερη Ποιότητα

Ενώ η ποιότητα των κρυστάλλων SiC έχει βελτιωθεί σημαντικά, τα ελαττώματα όπως τα μικροσωλήνες, οι διαταραχές και οι ακαθαρσίες εξακολουθούν να υπάρχουν.

Η εξάλειψη αυτών των ελαττωμάτων είναι κρίσιμης σημασίας για τη διασφάλιση της απόδοσης και της αξιοπιστίας της συσκευής.

Χαμηλότερο Κόστος

Το τρέχον υψηλό κόστος των κρυστάλλων SiC περιορίζει την ευρεία υιοθέτησή τους.

Οι μειώσεις κόστους μπορούν να επιτευχθούν μέσω της βελτιστοποίησης της διαδικασίας, της βελτιωμένης απόδοσης και των φθηνότερων πρώτων υλών.

Συμπέρασμα:

Η ανάπτυξη μονόκρυστάλλων SiC υψηλής ποιότητας είναι ένας βασικός τομέας της έρευνας υλικών ημιαγωγών. Με τη συνεχή τεχνολογική πρόοδο, οι τεχνικές ανάπτυξης κρυστάλλων SiC θα εξελιχθούν περαιτέρω, θέτοντας ένα στέρεο θεμέλιο για την εφαρμογή του σε ηλεκτρονικά υψηλής θερμοκρασίας, υψηλής συχνότητας και υψηλής ισχύος.

Τα Προϊόντα μας：