Ključna razmatranja za pripremu visokokvalitetnog monokristala silicijum karbida

Glavne metode za pripremu monokristala silicija uključuju: fizički transport iz pare (PVT), rast površinskog zasijavanja rastvora (TSSG) i hemijsko taloženje iz pare na visokim temperaturama (HT-CVD). Među njima, PVT metoda je široko prihvaćena u industrijskoj proizvodnji zbog jednostavne opreme, lakoće kontrole i niskih troškova opreme i rada.

Ključne tehničke tačke za PVT rast kristala silicijum karbida

Prilikom uzgoja kristala silicijum karbida korištenjem metode fizičkog transporta pare (PVT), moraju se uzeti u obzir sljedeći tehnički aspekti:

1. Čistoća grafitnih materijala u komori za rast: Sadržaj nečistoća u grafitnim komponentama mora biti ispod 5×10⁻⁶, dok sadržaj nečistoća u izolacijskom filcu mora biti ispod 10×10⁻⁶. Elementi poput B i Al trebaju se održavati ispod 0,1×10⁻⁶.
2. Ispravan odabir polariteta kristalne sjemenke: Empirijske studije pokazuju da je strana C (0001) pogodna za uzgoj 4H-SiC kristala, dok se strana Si (0001) koristi za uzgoj 6H-SiC kristala.
3. Upotreba vanosnih sjemenskih kristala: Vanosni sjemenski kristali mogu promijeniti simetriju rasta kristala, smanjujući defekte u kristalu.
4. Visokokvalitetni proces vezivanja kristala sjemena.
5. Održavanje stabilnosti kristalne površine rasta tokom ciklusa rasta.

Ključne tehnologije za rast kristala silicijum karbida

1. Tehnologija dopiranja za prah silicijum karbida
   Dopiranje praha silicijum karbida odgovarajućom količinom Ce može stabilizovati rast 4H-SiC monokristala. Praktični rezultati pokazuju da dopiranje Ce može:

• Povećajte brzinu rasta kristala silicijum karbida.
• Kontrolirajte orijentaciju rasta kristala, čineći ga ujednačenijim i pravilnijim.
• Suzbija stvaranje nečistoća, smanjujući defekte i olakšavajući proizvodnju monokristala i visokokvalitetnih kristala.
• Sprječava koroziju stražnje strane kristala i poboljšava prinos monokristala.

• Tehnologija aksijalne i radijalne kontrole temperaturnog gradijenta
  Aksijalni temperaturni gradijent prvenstveno utiče na vrstu i efikasnost rasta kristala. Pretjerano mali temperaturni gradijent može dovesti do formiranja polikristala i smanjiti brzinu rasta. Pravilni aksijalni i radijalni temperaturni gradijenti olakšavaju brz rast kristala SiC, a istovremeno održavaju stabilan kvalitet kristala.
• Tehnologija kontrole dislokacije bazalne ravni (BPD)
  BPD defekti uglavnom nastaju kada napon smicanja u kristalu premaši kritični napon smicanja SiC-a, aktivirajući sisteme klizanja. Budući da su BPD-ovi okomiti na smjer rasta kristala, oni se prvenstveno formiraju tokom rasta kristala i hlađenja.
• Tehnologija podešavanja odnosa sastava parne faze
  Povećanje odnosa ugljika i silicija u okruženju za rast je efikasna mjera za stabilizaciju rasta monokristala. Veći odnos ugljika i silicija smanjuje velike stepenaste nakupine, čuva informacije o rastu površine kristala i potiskuje formiranje politipova.
• Tehnologija kontrole niskog stresa
  Napon tokom rasta kristala može uzrokovati savijanje kristalnih ravni, što dovodi do lošeg kvaliteta kristala ili čak pucanja. Visok napon također povećava dislokacije bazalnih ravni, što može negativno utjecati na kvalitet epitaksijalnog sloja i performanse uređaja.

Skenirana slika SiC pločice od 6 inča

Metode za smanjenje naprezanja u kristalima:

• Podesite raspodjelu temperaturnog polja i parametre procesa kako biste omogućili rast monokristala SiC gotovo u ravnoteži.
• Optimizirajte strukturu lončića kako biste omogućili slobodan rast kristala uz minimalna ograničenja.
• Modificirajte tehnike fiksiranja kristala sjemena kako biste smanjili neusklađenost toplinskog širenja između kristala sjemena i držača grafita. Uobičajeni pristup je ostavljanje razmaka od 2 mm između kristala sjemena i držača grafita.
• Poboljšajte procese žarenja primjenom žarenja u peći na licu mjesta, prilagođavajući temperaturu i trajanje žarenja kako biste u potpunosti oslobodili unutrašnji napon.

Budući trendovi u tehnologiji rasta kristala silicijum karbida

U budućnosti će se tehnologija pripreme visokokvalitetnih SiC monokristala razvijati u sljedećim smjerovima:

1. Rast velikih razmjera
   Prečnik monokristala silicijum karbida evoluirao je od nekoliko milimetara do veličina od 6 inča, 8 inča, pa čak i većih 12 inča. SiC kristali velikog prečnika poboljšavaju efikasnost proizvodnje, smanjuju troškove i zadovoljavaju zahtjeve uređaja velike snage.
2. Visokokvalitetni rast
   Visokokvalitetni SiC monokristali su neophodni za visokoperformansne uređaje. Iako je postignut značajan napredak, defekti poput mikrocijevi, dislokacija i nečistoća i dalje postoje, što utiče na performanse i pouzdanost uređaja.
3. Smanjenje troškova
   Visoka cijena pripreme SiC kristala ograničava njegovu primjenu u određenim oblastima. Optimizacija procesa rasta, poboljšanje efikasnosti proizvodnje i smanjenje troškova sirovina mogu pomoći u smanjenju troškova proizvodnje.
4. Inteligentni rast
   S napretkom u umjetnoj inteligenciji i velikim podacima, tehnologija rasta SiC kristala će sve više usvajati inteligentna rješenja. Praćenje i kontrola u stvarnom vremenu pomoću senzora i automatiziranih sistema će poboljšati stabilnost i upravljivost procesa. Osim toga, analitika velikih podataka može optimizirati parametre rasta, poboljšavajući kvalitet kristala i efikasnost proizvodnje.

Tehnologija pripreme visokokvalitetnih monokristala silicijum karbida ključni je fokus u istraživanju poluprovodničkih materijala. Kako tehnologija napreduje, tehnike rasta SiC kristala će se nastaviti razvijati, pružajući solidnu osnovu za primjenu u oblastima visokih temperatura, visokih frekvencija i velike snage.