Galvenie apsvērumi augstas kvalitātes silīcija karbīda monokristāla sagatavošanai

Galvenās silīcija monokristālu sagatavošanas metodes ir: fizikālā tvaiku pārnese (PVT), augšējo sēklu šķīduma audzēšana (TSSG) un augstas temperatūras ķīmiskā tvaiku pārnese (HT-CVD). Starp tām PVT metode tiek plaši izmantota rūpnieciskajā ražošanā, pateicoties vienkāršajam aprīkojumam, vieglajai vadībai un zemajām aprīkojuma un ekspluatācijas izmaksām.

Silīcija karbīda kristālu PVT augšanas galvenie tehniskie punkti

Audzējot silīcija karbīda kristālus, izmantojot fizikālā tvaiku pārneses (PVT) metodi, jāņem vērā šādi tehniskie aspekti:

1. Grafīta materiālu tīrība augšanas kamerā: grafīta komponentu piemaisījumu saturam jābūt zem 5×10⁻⁶, savukārt izolācijas filca piemaisījumu saturam jābūt zem 10×10⁻⁶. Tādu elementu kā B un Al saturs jāuztur zem 0,1×10⁻⁶.
2. Pareiza sēklas kristāla polaritātes izvēle: Empīriski pētījumi liecina, ka C (0001) virsma ir piemērota 4H-SiC kristālu audzēšanai, savukārt Si (0001) virsma tiek izmantota 6H-SiC kristālu audzēšanai.
3. Ārpus ass esošo sēklas kristālu izmantošana: Ārpus ass esošie sēklas kristāli var mainīt kristāla augšanas simetriju, samazinot kristāla defektus.
4. Augstas kvalitātes sēklu kristālu līmēšanas process.
5. Kristāla augšanas saskarnes stabilitātes saglabāšana augšanas cikla laikā.

Galvenās tehnoloģijas silīcija karbīda kristālu audzēšanai

1. Silīcija karbīda pulvera dopinga tehnoloģija
   Silīcija karbīda pulvera dopēšana ar atbilstošu Ce daudzumu var stabilizēt 4H-SiC monokristālu augšanu. Praktiskie rezultāti liecina, ka Ce dopēšana var:

• Palieliniet silīcija karbīda kristālu augšanas ātrumu.
• Kontrolējiet kristālu augšanas orientāciju, padarot to vienmērīgāku un regulārāku.
• Nomāc piemaisījumu veidošanos, samazinot defektus un veicinot monokristālu un augstas kvalitātes kristālu ražošanu.
• Kavē kristāla aizmugurējo koroziju un uzlabo monokristāla ražu.

• Aksiālā un radiālā temperatūras gradienta kontroles tehnoloģija
  Aksiālais temperatūras gradients galvenokārt ietekmē kristālu augšanas veidu un efektivitāti. Pārāk mazs temperatūras gradients var izraisīt polikristālu veidošanos un samazināt augšanas ātrumu. Pareizi izvēlēti aksiālie un radiālie temperatūras gradienti veicina strauju SiC kristālu augšanu, vienlaikus saglabājot stabilu kristālu kvalitāti.
• Bazālās plaknes dislokācijas (BPD) kontroles tehnoloģija
  BPD defekti galvenokārt rodas, kad bīdes spriegums kristālā pārsniedz SiC kritisko bīdes spriegumu, aktivizējot slīdēšanas sistēmas. Tā kā BPD ir perpendikulāri kristāla augšanas virzienam, tie galvenokārt veidojas kristāla augšanas un atdzišanas laikā.
• Tvaika fāzes sastāva attiecības regulēšanas tehnoloģija
  Oglekļa un silīcija attiecības palielināšana augšanas vidē ir efektīvs pasākums, lai stabilizētu monokristāla augšanu. Augstāka oglekļa un silīcija attiecība samazina lielu pakāpju ķekaru veidošanos, saglabā informāciju par sēklas kristāla virsmas augšanu un nomāc politipu veidošanos.
• Zema stresa kontroles tehnoloģija
  Spriegums kristāla augšanas laikā var izraisīt kristāla plakņu deformāciju, kas noved pie sliktas kristāla kvalitātes vai pat plaisāšanas. Liels spriegums arī palielina bazālās plaknes dislokācijas, kas var negatīvi ietekmēt epitaksiālā slāņa kvalitāti un ierīces veiktspēju.

6 collu SiC vafeļu skenēšanas attēls

Metodes stresa samazināšanai kristālos:

• Pielāgojiet temperatūras lauka sadalījumu un procesa parametrus, lai nodrošinātu SiC monokristālu augšanu gandrīz līdzsvara stāvoklī.
• Optimizējiet tīģeļa struktūru, lai nodrošinātu brīvu kristālu augšanu ar minimāliem ierobežojumiem.
• Modificēt sēklas kristāla fiksācijas metodes, lai samazinātu termiskās izplešanās neatbilstību starp sēklas kristālu un grafīta turētāju. Izplatīta pieeja ir atstāt 2 mm atstarpi starp sēklas kristālu un grafīta turētāju.
• Uzlabot atkvēlināšanas procesus, ieviešot krāsns atkvēlināšanu uz vietas, pielāgojot atkvēlināšanas temperatūru un ilgumu, lai pilnībā atbrīvotu iekšējo spriegumu.

Silīcija karbīda kristālu augšanas tehnoloģijas nākotnes tendences

Raugoties nākotnē, augstas kvalitātes SiC monokristālu sagatavošanas tehnoloģija attīstīsies šādos virzienos:

1. Liela mēroga izaugsme
   Silīcija karbīda monokristālu diametrs ir attīstījies no dažiem milimetriem līdz 6, 8 un pat lielākiem 12 collu izmēriem. Liela diametra SiC kristāli uzlabo ražošanas efektivitāti, samazina izmaksas un atbilst lieljaudas ierīču prasībām.
2. Augstas kvalitātes izaugsme
   Augstas kvalitātes SiC monokristāli ir būtiski augstas veiktspējas ierīcēm. Lai gan ir panākts ievērojams progress, joprojām pastāv tādi defekti kā mikrocaurules, dislokācijas un piemaisījumi, kas ietekmē ierīču veiktspēju un uzticamību.
3. Izmaksu samazināšana
   SiC kristālu sagatavošanas augstās izmaksas ierobežo tā pielietojumu noteiktās jomās. Ražošanas izmaksas var samazināt, optimizējot augšanas procesus, uzlabojot ražošanas efektivitāti un samazinot izejvielu izmaksas.
4. Inteliģenta izaugsme
   Līdz ar mākslīgā intelekta un lielo datu attīstību SiC kristālu augšanas tehnoloģijās arvien vairāk tiks izmantoti inteliģenti risinājumi. Reāllaika uzraudzība un kontrole, izmantojot sensorus un automatizētas sistēmas, uzlabos procesa stabilitāti un vadāmību. Turklāt lielo datu analīze var optimizēt augšanas parametrus, uzlabojot kristālu kvalitāti un ražošanas efektivitāti.

Augstas kvalitātes silīcija karbīda monokristālu sagatavošanas tehnoloģija ir galvenā uzmanība pusvadītāju materiālu pētniecībā. Tehnoloģijām attīstoties, SiC kristālu audzēšanas metodes turpinās attīstīties, nodrošinot stabilu pamatu pielietojumiem augstas temperatūras, augstas frekvences un lielas jaudas laukos.