Kaip pasiekti aukštos kokybės kristalų augimą? - sic krištolo augimo krosnis

1. Koks yra pagrindinis silicio karbido kristalų augimo krosnies principas?

Silicio karbido kristalų augimo krosnies veikimo principas yra fizinis sublimacija (PVT). PVT metodas yra vienas iš efektyviausių metodų auginant aukšto grynumo SIC pavienius kristalus. Tiksliai kontroliuodamas šiluminį lauką, atmosferą ir augimo parametrus, silicio karbido kristalų augimo krosnis gali stabiliai veikti aukštoje temperatūroje, kad būtų užbaigta sublimacijos, dujų fazės perdavimo ir kondensacijos kristalizacijos proceso procesas.Sic milteliai.

1.1 Augimo krosnies darbo principas

● PVT metodas

PVT metodo esmė yra sublimuoti silicio karbido milteliai į dujinius komponentus aukštoje temperatūroje ir kondensuoti ant sėklų kristalų per dujų fazės perdavimą, kad sudarytų vieną kristalų struktūrą. Šis metodas turi didelių pranašumų ruošiant didelio grynumo, didelio dydžio kristalus.

● Pagrindinis kristalų augimo procesas

✔ sublimacija: SiC milteliai tiglyje yra sublimuoti į dujinius komponentus, tokius kaip SI, C2 ir SIC2, aukštoje temperatūroje aukštesnėje nei 2000 ℃.

✔ Transportas: Esant šiluminiam gradientui, dujiniai komponentai iš aukštos temperatūros zonos (miltelių zonos) perduodami į žemos temperatūros zoną (sėklų kristalų paviršius).

✔ kondensacijos kristalizacija: Lakieji komponentai nusėda ant sėklų kristalo paviršiaus ir auga išilgai gardelės krypties, kad susidarytų vienas kristalas.

1.2 Konkretūs kristalų augimo principai

Silicio karbido kristalų augimo procesas yra padalintas į tris etapus, kurie yra glaudžiai susiję vienas su kitu ir veikia galutinę kristalo kokybę.

✔ sic miltelių sublimacija: Aukštos temperatūros sąlygomis kietas SIC (silicio karbidas) sublimuos į dujinį silicį (SI) ir dujinę anglies (C), o reakcija yra tokia:

Sic (s) → si (g) + c (g)

Ir sudėtingesnės antrinės reakcijos, kaip generuoti lakiųjų dujinių komponentų (pvz., SIC2). Aukšta temperatūra yra būtina sąlyga skatinti sublimacijos reakcijas.

✔ Dujų fazės transportas: Dujiniai komponentai yra gabenami iš tiglio sublimacijos zonos į sėklų zoną po temperatūros gradiento pavaros. Dujų srauto stabilumas lemia nusėdimo vienodumą.

✔ kondensacijos kristalizacija: Esant žemesnei temperatūrai, lakieji dujiniai komponentai sujungia su sėklų kristalo paviršiumi, kad susidarytų kieti kristalai. Šis procesas apima sudėtingus termodinamikos ir kristalografijos mechanizmus.

1.3 Pagrindiniai silicio karbido kristalų augimo parametrai

Aukštos kokybės sic kristalams reikia tiksliai kontroliuoti šiuos parametrus:

✔ Temperatūra: Norint užtikrinti visišką miltelių skilimą, esančią sublimavimo zoną reikia laikyti virš 2000 m.

✔ slėgis: PVT augimas paprastai vykdomas žemo slėgio aplinkoje, kurioje yra 10-20 torro, kad būtų išlaikytas dujų fazės transportavimo stabilumas. Aukštas ar per žemas slėgis sukels per greitą kristalų augimo greitį ar padidintus defektus.

✔ Atmosfera: Naudokite aukšto grynumo argoną kaip nešiklio dujas, kad išvengtumėte priemaišų užteršimo reakcijos proceso metu. Atmosferos grynumas yra nepaprastai svarbus kristalų defektų slopinimui.

✔ laikas: Kristalų augimo laikas paprastai būna dešimtys valandų, kad būtų užtikrintas tolygus augimas ir tinkamas storio.

2. Kokia yra silicio karbido kristalų augimo krosnies struktūra?

Silicio karbido kristalų augimo krosnies struktūros optimizavimas daugiausia dėmesio skiria šildymo aukštai temperatūrai, atmosferos kontrolei, temperatūros lauko projektavimui ir stebėjimo sistemai.

2.1 Pagrindiniai augimo krosnies komponentai

● Aukštos temperatūros šildymo sistema

✔ Atsparumo šildymas: Norėdami tiesiogiai tiekti šilumos energiją, naudokite atsparumo aukštai temperatūrai laidą (pvz., Molybdenum, volframą). Privalumas yra aukštos temperatūros kontrolės tikslumas, tačiau aukštoje temperatūroje gyvybė yra ribota.

✔ Indukcijos šildymas: sūkurinės srovės kaitinimas tiglyje sukuriamas per indukcijos ritę. Jis turi didelio efektyvumo ir nekontaktinio pranašumų, tačiau įrangos kaina yra palyginti didelė.

● Grafito tiglis ir substrato sėklų stotis

✔ Aukšto grynumo grafito tiglis užtikrina aukštos temperatūros stabilumą.

✔ Sėklų stoties projektavime reikia atsižvelgti tiek į oro srauto vienodumą, tiek šilumos laidumą.

● Atmosferos valdymo įtaisas

✔ Su didelio grynumo dujų tiekimo sistema ir slėgio reguliavimo vožtuvu, kad būtų užtikrintas reakcijos aplinkos grynumas ir stabilumas.

● Temperatūros lauko vienodumo dizainas

✔ Optimizuodamas tiglio sienos storio, šildymo elementų pasiskirstymo ir šilumos skydo struktūrą, pasiekiamas tolygus temperatūros lauko pasiskirstymas, sumažinant šiluminio streso poveikį kristalui.

2.2 Temperatūros laukas ir šiluminis gradiento dizainas

✔ Temperatūros lauko vienodumo svarba: Netolygus temperatūros laukas sukels skirtingus vietinio augimo tempus ir defektus kristalo viduje. Temperatūros lauko vienodumą galima žymiai pagerinti naudojant žiedinę simetrijos projektą ir šilumos skydo optimizavimą.

✔ Tikslus šiluminio gradiento kontrolė: Sureguliuokite šildytuvų galios pasiskirstymą ir naudokite šilumos skydus, kad atskirtumėte skirtingas sritis, kad sumažintumėte temperatūros skirtumus. Kadangi šiluminiai gradientai daro tiesioginį poveikį kristalų storiui ir paviršiaus kokybei.

2.3 Kristalų augimo proceso stebėjimo sistema

✔ Temperatūros stebėjimas: Norėdami stebėti sublimacijos zonos ir sėklų zonos realiojo laiko temperatūrą, naudokite šviesolaidžio temperatūros jutiklius. Duomenų grįžtamojo ryšio sistema gali automatiškai sureguliuoti šildymo galią.

✔ Augimo greičio stebėjimas: Norėdami išmatuoti kristalų paviršiaus augimo greitį, naudokite lazerio interferometriją. Sujunkite stebėjimo duomenis su modeliavimo algoritmais, kad dinamiškai optimizuotumėte procesą.

3. Kokie yra silicio karbido kristalų augimo krosnies techniniai sunkumai?

Techninės silicio karbido kristalų augimo krosnies kliūtys daugiausia yra sutelktos į aukštos temperatūros medžiagas, temperatūros lauko kontrolę, defektų slopinimą ir dydžio išplėtimą.

3.1 Aukštos temperatūros medžiagų pasirinkimas ir iššūkiai

Grafitaslengvai oksiduojasi esant ypač aukštai temperatūrai, irSiC dangaReikia pridėti, kad būtų pagerintas atsparumas oksidacijai. Dangos kokybė tiesiogiai veikia krosnies tarnavimo laiką.

Šildymo elemento tarnavimo laikas ir temperatūros riba. Aukštos temperatūros atsparumo laidai turi turėti didelį atsparumą nuovargiui. Indukcinio šildymo įranga turi optimizuoti ritės šilumos išsklaidymo projektą.

3.2 Tikslus temperatūros ir šiluminio lauko valdymas

Dėl nevienodo šiluminio lauko įtakos padidės krovimo gedimai ir dislokacijos. Krosnies šiluminio lauko modeliavimo modelį reikia optimizuoti, kad iš anksto nustatytumėte problemas.

Aukštos temperatūros stebėjimo įrangos patikimumas. Aukštos temperatūros jutikliai turi būti atsparūs radiacijai ir šiluminiam smūgiui.

3.3 Kristalų defektų kontrolė

Pagrindiniai defektų tipai yra kaupimo gedimai, dislokacijos ir polimorfiniai hibridai. Šiluminio lauko ir atmosferos optimizavimas padeda sumažinti defektų tankį.

Priemaišų šaltinių kontrolė. Didelio grynumo medžiagų naudojimas ir krosnies sandarinimas yra labai svarbus priemaišų slopinimui.

3.4 Didelio dydžio kristalų augimo iššūkiai

Šiluminio lauko vienodumo dydžio išplėtimas reikalavimai. Kai kristalų dydis išsiplečia nuo 4 colių iki 8 colių, temperatūros lauko vienodumo konstrukcija turi būti visiškai patobulinta.

Sprendimas įtrūkimų ir deformacijų problemas. Sumažinkite kristalų deformaciją, sumažindami šiluminio įtempio gradientą.

4. Kokios yra aukštos kokybės SiC kristalų auginimo žaliavos?

„Vetek Semiconductor“ sukūrė naują SIC singlo krištolo žaliavą -Aukšto grynumo Cvd SiC žaliava. Šis produktas užpildo vidaus spragą, taip pat yra pirmaujančiame lygyje visame pasaulyje, jis užims ilgalaikę vadovaujančią poziciją varžybose. Tradicinės silicio karbido žaliavos gaminamos reaguojant į didelio grynumo silicio ir grafito, kurio kainos yra didelės, yra mažai grynumo ir mažo dydžio.

VETEK puslaidininkio skysčio lovos technologija naudoja metiltrichlorozilaną, kad būtų galima generuoti silicio karbido žaliavas cheminiuose garų nusėdime, o pagrindinis šalutinis produktas yra druskos rūgštis. Druskos rūgštis gali sudaryti druskas neutralizuodama šarmais ir nesukels jokios taršos aplinkai. 

Tuo pačiu metu metiltrichlorozilanas yra plačiai naudojamos pramoninės dujos, turinčios mažų išlaidų ir plačių šaltinių, ypač Kinija yra pagrindinė metiltrichlorozilano gamintoja. Todėl aukštas Vetek puslaidininkio grynumasCVD SIC žaliavaturi tarptautinį pagrindinį konkurencingumą sąnaudų ir kokybės atžvilgiu. Didelio grynumo CVD grynumo grynumas yra didesnis nei 99,9995%.

✔ Didelis dydis ir didelis tankis: Vidutinis dalelių dydis yra apie 4–10 mm, o buitinių ACHESON žaliavų dalelių dydis yra <2,5 mm. Tame pačiame tiglyje gali būti daugiau nei 1,5 kg žaliavų, o tai skatina išspręsti nepakankamo didelio dydžio kristalų augimo medžiagų tiekimo problemą, palengvinant žaliavų grafitizavimą, sumažinant anglies apvyniojimą ir pagerinant kristalų kokybę.

✔ Mažas Si/C santykis: Jis yra arčiau 1: 1 nei savaiminio skleidžiamo metodo Achesono žaliavos, kurios gali sumažinti defektus, kuriuos sukelia Si dalinio slėgio padidėjimas.

✔ Aukštos išvesties vertė: Suaugusios žaliavos vis dar palaiko prototipą, sumažina perkristalinimą, sumažina žaliavų grafitizavimą, sumažina anglies apvyniojimo defektus ir pagerina kristalų kokybę.

✔ Didesnis grynumas: Žaliavų, pagamintų CVD metodu, grynumas yra didesnis nei Achesono žaliavų, susijusių su savaiminio skleidimo metodu. Azoto kiekis pasiekė 0,09 ppm be papildomo gryninimo. Ši žaliava taip pat gali vaidinti svarbų vaidmenį pusiau izoliaciniame lauke.

✔ Mažesnės išlaidos: Vienodas garinimo greitis palengvina procesą ir produkto kokybės kontrolę, kartu pagerinant žaliavų sunaudojimo greitį (sunaudojimo greitis> 50%, 4,5 kg žaliavų gamina 3,5 kg luitų), sumažinant išlaidas.

✔ Žmogaus klaidų lygis: Cheminio garų nusėdimas išvengia priemaišų, kurias įvedė žmogaus operacija.