Τα υποστρώματα από καρβίδιο του πυριτίου (SiC) είναι εγγενώς ελαττωματικά και δεν μπορούν να μεταποιηθούν άμεσα.Απαιτούν την ανάπτυξη ειδικών λεπτών ταινιών μονοκρυστάλλου μέσω μιας επιταξιακής διαδικασίας για την παραγωγή πλακιδίων.Σχεδόν όλες οι συσκευές SiC κατασκευάζονται σε επιταξιακά υλικά,Και η ποιότητα του σιδηροκίνητου υλικού είναι θεμελιώδης για την ανάπτυξη των συσκευών SiC.Η απόδοση του επιταξιακού υλικού καθορίζει άμεσα την επίτευξη των επιδόσεων των συσκευών SiC.

Για τις συσκευές SiC υψηλού ρεύματος και υψηλής αξιοπιστίας, τα επιταξιακά υλικά πρέπει να πληρούν αυστηρότερες απαιτήσεις όσον αφορά τη μορφολογία της επιφάνειας, την πυκνότητα ελαττωμάτων, την ομοιομορφία του ντόπινγκ,και ομοιομορφία πάχουςΤο μεγάλο μέγεθος, η χαμηλή πυκνότητα ελαττωμάτων και η υψηλή ομοιομορφία της επιταξίας SiC έχουν γίνει βασικές προκλήσεις για την ανάπτυξη της βιομηχανίας SiC.

Η επίτευξη υψηλής ποιότηταςΕπεταξία SiCΗ πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος για την επιταξιακή ανάπτυξη του SiC είναι η χημική αποσύνθεση ατμών (CVD), μια τεχνική που επιτρέπει τον ακριβή έλεγχο του πάχους του φιλμ,συγκέντρωση ντόπινγκΗ CVD έχει εμπορευματοποιηθεί με επιτυχία και έχει γίνει μια αξιόπιστη τεχνολογία για την παραγωγή συσκευών SiC.

CVD Epitaxy του SiC: Σύστηματα θερμού τοιχώματος έναντι θερμού τοιχώματος

Η επιταξία της καρδιαγγειακής νόσου SiC εκτελείται γενικά χρησιμοποιώνταςθερμόπετραήθερμόπετραΤα συστήματα CVD λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες ανάπτυξης (1500~1700°C) για να εξασφαλίσουν τη συνέχεια της κρυσταλλικής δομής 4H-SiC.Τα συστήματα CVD έχουν αναπτυχθεί με οριζόντια ή κάθετα σχέδια θαλάμου αντίδρασης, ανάλογα με την κατεύθυνση της εισερχόμενης ροής αερίου σε σχέση με την επιφάνεια του υποστρώματος.

Η ποιότητα των επιταξιακών αντιδραστήρων SiC μετράται με βάση τρεις κύριους δείκτες:

1. Επιδόσεις επιταξιακής ανάπτυξηςΠεριλαμβάνει την ομοιομορφία πάχους, την ομοιομορφία ντόπινγκ, την πυκνότητα ελαττωμάτων και τον ρυθμό ανάπτυξης.

2. Επιδόσεις θερμοκρασίας: Περιλαμβάνει τα ποσοστά θέρμανσης/ψύξης, τη μέγιστη θερμοκρασία και την ομοιομορφία θερμοκρασίας.

3. Η οικονομική απόδοση: Περιλαμβάνει την τιμή μονάδας και την παραγωγική ικανότητα.

Σύγκριση τριών κύριων αντιδραστήρων ανάπτυξης SiC στην επιταξία

Τρεις τύποι επιταξιακών αντιδραστήρων SiC έχουν αναπτυχθεί εμπορικά:Οριζόντια CVD θερμού τοίχου,Πλανητική καρδιαγγειακή νόσος θερμού τοιχώματος, καιΚοντινή θερμή τοιχμή κάθετη CVDΟ καθένας έχει τα δικά του χαρακτηριστικά, τα οποία τον καθιστούν κατάλληλο για συγκεκριμένες εφαρμογές.

1. Οριζόντια συστήματα CVD θερμού τοίχου:
   Συνήθως, το σύστημα αυτό χρησιμοποιεί μια διαδικασία ανάπτυξης με πλωτό αέριο, κατάλληλη για πλάκες μεγάλου διαμέτρου.ΠΟΕ Pe1O6Το σύστημα από την Ιταλία είναι ένα αντιπροσωπευτικό μοντέλο.Jing Sheng Μηχανική & Ηλεκτρική,ΚΕΤΚ 48,Βόρειος Huachuang, καιΝΑΣΗέχουν αναπτύξει παρόμοια συστήματα.

   Μετρήσεις απόδοσης(όπως αναφέρει το LPE):

   • Ομοιότητα πάχους σε όλη τη πλάκα ≤ 2%

   • Ομοιότητα συγκέντρωσης ντόπινγκ ≤ 5%

   • Πυκνότητα ελαττωμάτων επιφάνειας ≤ 1 cm2

   • Επιφάνεια χωρίς ελαττώματα (μονάδα 2 mm x 2 mm) ≥ 90%

   Τον Φεβρουάριο του 2023,Jing Sheng Μηχανική & Ηλεκτρικήεκκίνησε μιαΣύστημα επιταξίας SiC διπλής πλάκας 6 ιντσών, ξεπερνώντας τους περιορισμούς των συστημάτων με ένα μόνο πλακέτο επιτρέποντας την καλλιέργεια δύο πλακιδίων ανά θάλαμο με ανεξάρτητο έλεγχο αερίου για κάθε στρώμα, μειώνοντας τις διαφορές θερμοκρασίας κάτω από 5 °C.

2. Πλανητικά συστήματα CVD θερμού τοιχώματος:
   Τα συστήματα αυτά διαθέτουν μια πλανητική διάταξη βάσης, επιτρέποντας την ανάπτυξη πολλαπλών πλακιδίων ταυτόχρονα, βελτιώνοντας σημαντικά την αποδοτικότητα της παραγωγής.Aixtron AIXG5WWC(8 × 150 mm) καιG10-SiCσειρά απόAixtron(Γερμανία).

   Μετρήσεις απόδοσης(όπως αναφέρθηκε από την Aixtron):

   • Απόκλιση πάχους μεταξύ των πλακών ± 2,5%

   • Ομοιότητα πάχους ≤ 2%

   • Απόκλιση συγκέντρωσης ντόπινγκ μεταξύ πλακών ± 5%

   • Ομοιομορφία συγκέντρωσης ντόπινγκ < 2%

   Ωστόσο, το σύστημα αυτό χρησιμοποιείται λιγότερο συχνά στην Κίνα, με ανεπαρκή στοιχεία παραγωγής παρτίδων και υψηλά τεχνικά εμπόδια στον έλεγχο της θερμοκρασίας και της ροής.Η εγχώρια ανάπτυξη βρίσκεται ακόμη στο στάδιο Ε&Α, και δεν έχει αναπτυχθεί καμία άμεση εναλλακτική.

3. Σύστηματα CVD κάθετων σχεδόν θερμών τοίχων:
   Τα συστήματα αυτά χρησιμοποιούν ένα υποστρώμα περιστροφής υψηλής ταχύτητας με εξωτερική μηχανική βοήθεια.αυξάνοντας έτσι τα ποσοστά ανάπτυξηςΗ απουσία ανώτερου τοιχώματος στον θάλαμο αντίδρασης ελαχιστοποιεί την εναπόθεση σωματιδίων SiC, βελτιώνοντας τον έλεγχο ελαττωμάτων.ΕΠΙΡΕΒΟΣ6καιEPIREVOS8απόΝούφλαρ(Ιαπωνία) είναι αντιπροσωπευτικά μοντέλα.

   Μετρήσεις απόδοσης(όπως αναφέρει η Nuflare):

   • Ταχύτητα ανάπτυξης άνω των 50 μm/ώρα

   • Η πυκνότητα ελαττωμάτων επιφάνειας ελέγχεται κάτω από 0,1 cm2

   • Ενότητα πάχους και συγκέντρωσης ντόπινγκ εντός 1% και 2,6% αντίστοιχα

   Παρόλο που η τεχνολογία αυτή έχει δείξει εξαιρετικά αποτελέσματα, δεν έχει ακόμη υιοθετηθεί ευρέως στην Κίνα και η ευρεία χρήση της παραμένει περιορισμένη.Xin San DaiκαιJing Sheng Μηχανική & ΗλεκτρικήΗ τεχνολογία αυτή εξακολουθεί να αξιολογείται.

Σύνοψη των τύπων αντιδραστήρων και των εφαρμογών τους

Οι τρεις δομές αντιδραστήρων έχουν ο καθένας τα δυνατά και τα περιοριστικά τους σημεία, εξυπηρετώντας συγκεκριμένες απαιτήσεις της αγοράς:

• Οριζόντια CVD θερμού τοίχουΕίναι γνωστό για ταχύ ρυθμό ανάπτυξης, εξαιρετική ποιότητα και ομοιόμορφη λειτουργία.αλλά η απόδοση μπορεί να είναι περιορισμένη λόγω της λειτουργίας ενός κυψελού και της συχνής συντήρησης.

• Πλανητική καρδιαγγειακή νόσος θερμού τοιχώματοςΗ μέθοδος αυτή υποστηρίζει την ανάπτυξη πολλαπλών πλακιδίων σε έναν μόνο θάλαμο, αυξάνοντας την αποτελεσματικότητα της παραγωγής, αλλά ο έλεγχος της ομοιομορφίας σε πολλαπλές πλακιδίες παραμένει μια πρόκληση, επηρεάζοντας τη συνολική απόδοση.

• Κοντινή θερμή τοιχμή κάθετη CVD: Διαθέτει εξαιρετικό έλεγχο ελαττωμάτων και υψηλό ρυθμό ανάπτυξης, αλλά η περίπλοκη δομή του απαιτεί προηγμένη συντήρηση και επιχειρησιακή εμπειρογνωμοσύνη, περιορίζοντας την ευρεία υιοθέτησή του.

Συμπερασματικά, κάθε τύπος αντιδραστήρα διαδραματίζει σημαντικό ρόλο σε διάφορα στάδια παραγωγής συσκευών SiC, με τις επιλογές να επηρεάζονται από παράγοντες όπως η κλίμακα παραγωγής, το κόστος, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποιότητα, η ποικαι ειδικές απαιτήσεις απόδοσηςΚαθώς η βιομηχανία SiC εξελίσσεται, οι εξελίξεις στην επιταξιακή τεχνολογία θα συνεχίσουν να διαμορφώνουν το μέλλον των συσκευών SiC υψηλής απόδοσης.