Kľúčové aspekty prípravy vysokokvalitných monokryštálov karbidu kremíka

Medzi hlavné metódy prípravy kremíkových monokryštálov patria: fyzikálny transport pár (PVT), rast roztokov s naočkovaním zhora (TSSG) a chemická depozícia z pár pri vysokých teplotách (HT-CVD). Metóda PVT je medzi nimi široko používaná v priemyselnej výrobe vďaka jednoduchému vybaveniu, ľahkej kontrole a nízkym nákladom na vybavenie a prevádzku.

Kľúčové technické body pre rast kryštálov karbidu kremíka metódou PVT

Pri pestovaní kryštálov karbidu kremíka metódou fyzikálneho transportu pár (PVT) je potrebné zvážiť nasledujúce technické aspekty:

1. Čistota grafitových materiálov v rastovej komore: Obsah nečistôt v grafitových zložkách musí byť nižší ako 5×10⁻⁶, zatiaľ čo obsah nečistôt v izolačnej plsti musí byť nižší ako 10×10⁻⁶. Prvky ako B a Al by sa mali udržiavať pod 0,1×10⁻⁶.
2. Správny výber polarity zárodočného kryštálu: Empirické štúdie ukazujú, že plocha C (0001) je vhodná na pestovanie kryštálov 4H-SiC, zatiaľ čo plocha Si (0001) sa používa na pestovanie kryštálov 6H-SiC.
3. Použitie mimoosových semenných kryštálov: Mimoosové semenné kryštály môžu zmeniť symetriu rastu kryštálov a znížiť tak defekty v kryštáli.
4. Vysokokvalitný proces spájania zárodočných kryštálov.
5. Udržiavanie stability rozhrania rastu kryštálov počas rastového cyklu.

Kľúčové technológie pre rast kryštálov karbidu kremíka

1. Dopingová technológia pre prášok karbidu kremíka
   Dopovanie prášku karbidu kremíka vhodným množstvom Ce môže stabilizovať rast monokryštálov 4H-SiC. Praktické výsledky ukazujú, že dopovanie Ce môže:

• Zvýšte rýchlosť rastu kryštálov karbidu kremíka.
• Ovládajte orientáciu rastu kryštálov, aby bol rovnomernejší a pravidelnejší.
• Potlačte tvorbu nečistôt, znížte počet defektov a uľahčite výrobu monokryštálov a vysoko kvalitných kryštálov.
• Zabraňuje korózii zadnej strany kryštálu a zlepšuje výťažok monokryštálov.

• Technológia riadenia axiálneho a radiálneho teplotného gradientu
  Axiálny teplotný gradient primárne ovplyvňuje typ a účinnosť rastu kryštálov. Príliš malý teplotný gradient môže viesť k tvorbe polykryštálov a znížiť rýchlosť rastu. Správne axiálne a radiálne teplotné gradienty uľahčujú rýchly rast kryštálov SiC a zároveň zachovávajú stabilnú kvalitu kryštálov.
• Technológia kontroly dislokácie bazálnej roviny (BPD)
  Defekty BPD vznikajú najmä vtedy, keď šmykové napätie v kryštáli prekročí kritické šmykové napätie SiC, čím sa aktivujú šmykové systémy. Keďže BPD sú kolmé na smer rastu kryštálu, tvoria sa primárne počas rastu kryštálu a jeho chladnutia.
• Technológia úpravy pomeru zloženia plynnej fázy
  Zvýšenie pomeru uhlíka ku kremíku v rastovom prostredí je účinným opatrením na stabilizáciu rastu monokryštálov. Vyšší pomer uhlíka ku kremíku znižuje veľké stupňovité zhlukovanie, zachováva informácie o raste povrchu zárodočných kryštálov a potláča tvorbu polytypov.
• Technológia riadenia s nízkym stresom
  Napätie počas rastu kryštálov môže spôsobiť ohýbanie kryštálových rovín, čo vedie k nízkej kvalite kryštálov alebo dokonca k praskaniu. Vysoké napätie tiež zvyšuje dislokácie bazálnej roviny, čo môže nepriaznivo ovplyvniť kvalitu epitaxnej vrstvy a výkon zariadenia.

Skenovací obraz 6-palcového SiC doštičky

Metódy na zníženie napätia v kryštáloch:

• Upravte rozloženie teplotného poľa a procesné parametre tak, aby ste umožnili takmer rovnovážny rast monokryštálov SiC.
• Optimalizujte štruktúru téglika tak, aby umožňovala voľný rast kryštálov s minimálnymi obmedzeniami.
• Upravte techniky fixácie zárodočného kryštálu, aby ste znížili nesúlad tepelnej rozťažnosti medzi zárodočným kryštálom a grafitovým držiakom. Bežným prístupom je ponechať 2 mm medzeru medzi zárodočným kryštálom a grafitovým držiakom.
• Zlepšite procesy žíhania implementáciou žíhania v peci in situ, úpravou teploty a trvania žíhania pre úplné uvoľnenie vnútorného napätia.

Budúce trendy v technológii rastu kryštálov karbidu kremíka

Technológia prípravy vysokokvalitných monokryštálov SiC sa bude do budúcnosti vyvíjať v nasledujúcich smeroch:

1. Rast vo veľkom meradle
   Priemer monokryštálov karbidu kremíka sa vyvinul z niekoľkých milimetrov na 6 palcov, 8 palcov a dokonca aj väčšie 12 palcové veľkosti. Kryštály SiC s veľkým priemerom zlepšujú efektivitu výroby, znižujú náklady a spĺňajú požiadavky zariadení s vysokým výkonom.
2. Vysokokvalitný rast
   Vysokokvalitné monokryštály SiC sú nevyhnutné pre vysokovýkonné zariadenia. Hoci sa dosiahol významný pokrok, stále existujú defekty, ako sú mikrotrubice, dislokácie a nečistoty, ktoré ovplyvňujú výkon a spoľahlivosť zariadení.
3. Zníženie nákladov
   Vysoké náklady na prípravu kryštálov SiC obmedzujú jeho použitie v určitých oblastiach. Optimalizácia rastových procesov, zlepšenie efektívnosti výroby a zníženie nákladov na suroviny môžu pomôcť znížiť výrobné náklady.
4. Inteligentný rast
   S pokrokom v oblasti umelej inteligencie a veľkých dát bude technológia rastu kryštálov SiC čoraz viac využívať inteligentné riešenia. Monitorovanie a riadenie v reálnom čase pomocou senzorov a automatizovaných systémov zvýši stabilitu a ovládateľnosť procesu. Okrem toho môže analýza veľkých dát optimalizovať parametre rastu, čím sa zlepší kvalita kryštálov a efektivita výroby.

Technológia prípravy vysokokvalitných monokryštálov karbidu kremíka je kľúčovým zameraním vo výskume polovodičových materiálov. S pokrokom technológií sa techniky rastu kryštálov SiC budú naďalej vyvíjať a poskytovať pevný základ pre aplikácie vo vysokoteplotných, vysokofrekvenčných a vysokovýkonných oblastiach.