Kvaliteetse ränikarbiidi monokristalli valmistamise peamised kaalutlused

Räni monokristallide valmistamise peamised meetodid on: füüsikaline aurutransport (PVT), pealiskihi lahuse kasvatamine (TSSG) ja kõrgtemperatuuriline keemiline aurustamine (HT-CVD). Nende hulgas on PVT-meetod laialdaselt kasutusel tööstuslikus tootmises tänu lihtsale varustusele, hõlpsale juhtimisele ning madalatele seadmete ja tegevuskuludele.

Ränikarbiidi kristallide PVT kasvu peamised tehnilised punktid

Ränikarbiidi kristallide kasvatamisel füüsikalise aurutranspordi (PVT) meetodil tuleb arvestada järgmiste tehniliste aspektidega:

1. Grafiitmaterjalide puhtus kasvukambris: grafiitkomponentide lisandite sisaldus peab olema alla 5×10⁻⁶ ja isolatsioonivildi lisandite sisaldus alla 10×10⁻⁶. Selliste elementide nagu B ja Al sisaldus peaks olema alla 0,1×10⁻⁶.
2. Õige seemnekristalli polaarsuse valik: Empiirilised uuringud näitavad, et C (0001) pind sobib 4H-SiC kristallide kasvatamiseks, samas kui Si (0001) pind sobib 6H-SiC kristallide kasvatamiseks.
3. Mitteteljeliste seemnekristallide kasutamine: Mitteteljelised seemnekristallid võivad muuta kristallide kasvu sümmeetriat, vähendades kristallide defekte.
4. Kvaliteetne seemnekristallide liimimisprotsess.
5. Kristallikasvu liidese stabiilsuse säilitamine kasvutsükli ajal.

Ränikarbiidi kristallide kasvu võtmetehnoloogiad

1. Ränikarbiidipulbri dopingtehnoloogia
   Ränikarbiidi pulbri legeerimine sobiva koguse Ce-ga võib stabiliseerida 4H-SiC monokristallide kasvu. Praktilised tulemused näitavad, et Ce legeerimine võib:

• Suurendage ränikarbiidi kristallide kasvukiirust.
• Kontrolli kristallide kasvu orientatsiooni, muutes selle ühtlasemaks ja korrapärasemaks.
• Pärsib lisandite teket, vähendab defekte ja hõlbustab monokristallide ja kvaliteetsete kristallide tootmist.
• Pärsib kristalli tagakülje korrosiooni ja parandab monokristalli saagist.

• Aksiaalse ja radiaalse temperatuurigradiendi juhtimise tehnoloogia
  Aksiaalne temperatuurigradient mõjutab peamiselt kristallide kasvu tüüpi ja efektiivsust. Liiga väike temperatuurigradient võib viia polükristallide moodustumiseni ja vähendada kasvukiirust. Õiged aksiaalsed ja radiaalsed temperatuurigradiendid soodustavad kiiret SiC kristallide kasvu, säilitades samal ajal stabiilse kristallikvaliteedi.
• Basaaltasandi dislokatsiooni (BPD) kontrollitehnoloogia
  BPD-defektid tekivad peamiselt siis, kui kristalli nihkepinge ületab SiC kriitilise nihkepinge, aktiveerides libisemissüsteeme. Kuna BPD-defektid on risti kristalli kasvusuunaga, tekivad need peamiselt kristalli kasvu ja jahtumise ajal.
• Aurufaasi koostise suhte reguleerimise tehnoloogia
  Süsiniku ja räni suhte suurendamine kasvukeskkonnas on efektiivne meede monokristalli kasvu stabiliseerimiseks. Kõrgem süsiniku ja räni suhe vähendab suurte astmete kobaraid, säilitab seemnekristallide pinna kasvuinfo ja pärsib polütüüpide moodustumist.
• Madala stressi juhtimise tehnoloogia
  Kristalli kasvu ajal tekkiv pinge võib põhjustada kristalli tasapindade painutamist, mis omakorda halvendab kristalli kvaliteeti või isegi pragunemist. Suur pinge suurendab ka basaaltasandi dislokatsioone, mis võivad negatiivselt mõjutada epitaksiaalkihi kvaliteeti ja seadme jõudlust.

6-tolline SiC-vahvli skaneerimise pilt

Kristallide stressi vähendamise meetodid:

• Reguleerige temperatuurivälja jaotust ja protsessi parameetreid, et võimaldada SiC monokristallide peaaegu tasakaalulist kasvu.
• Optimeerige tiigli struktuuri, et võimaldada vaba kristallide kasvu minimaalsete piirangutega.
• Modifitseerige seemnekristalli fikseerimistehnikaid, et vähendada seemnekristalli ja grafiidihoidiku vahelist soojuspaisumise ebakõla. Levinud lähenemisviis on jätta seemnekristalli ja grafiidihoidiku vahele 2 mm vahe.
• Täiustada lõõmutusprotsesse kohapealse ahjulõõmutamise rakendamise abil, reguleerides lõõmutustemperatuuri ja -kestust, et sisemine pinge täielikult vabaneks.

Ränikarbiidi kristallide kasvutehnoloogia tulevikutrendid

Tulevikku vaadates areneb kvaliteetse SiC monokristalli valmistamise tehnoloogia järgmistes suundades:

1. Ulatuslik kasv
   Ränikarbiidist monokristallide läbimõõt on arenenud mõnest millimeetrist 6-tollise, 8-tollise ja isegi suurema 12-tollise suuruseni. Suure läbimõõduga SiC kristallid parandavad tootmise efektiivsust, vähendavad kulusid ja vastavad suure võimsusega seadmete nõudmistele.
2. Kvaliteetne kasv
   Kvaliteetsed SiC monokristallid on suure jõudlusega seadmete jaoks hädavajalikud. Kuigi on tehtud märkimisväärseid edusamme, esineb endiselt defekte, nagu mikrotorud, dislokatsioonid ja lisandid, mis mõjutavad seadmete jõudlust ja töökindlust.
3. Kulude vähendamine
   SiC-kristallide valmistamise kõrge hind piirab selle rakendamist teatud valdkondades. Kasvuprotsesside optimeerimine, tootmise efektiivsuse parandamine ja toorainekulude vähendamine aitab tootmiskulusid vähendada.
4. Arukas kasv
   Tehisintellekti ja suurandmete arenguga hakkab SiC-kristallide kasvutehnoloogia üha enam kasutama intelligentseid lahendusi. Reaalajas jälgimine ja juhtimine andurite ja automatiseeritud süsteemide abil parandab protsessi stabiilsust ja juhitavust. Lisaks saab suurandmete analüüsi abil optimeerida kasvuparameetreid, parandades kristallide kvaliteeti ja tootmise efektiivsust.

Kvaliteetse ränikarbiidi monokristalli valmistamise tehnoloogia on pooljuhtmaterjalide uurimisel võtmetähtsusega. Tehnoloogia arenedes arenevad ka ränikarbiidi kristallide kasvutehnikad, pakkudes kindlat alust rakendusteks kõrgtemperatuuril, kõrgsageduslikel ja suure võimsusega väljadel.