SiChet die eienskappe van groot bandgaping, hoë termiese geleidingsvermoë, hoë kritieke deurslagveldsterkte en hoë elektronversadigingsdryftempo. Dit kan voldoen aan die toepassingsvereistes onder hoë temperatuur, hoë druk, hoë frekwensie en hoë kragtoestande. Dit kan wyd gebruik word in nuwe energievoertuie, fotovoltaïese, industriële beheer, radiofrekwensiekommunikasie en ander velde. Met die vinnige ontwikkeling van verwante nywerhede het die derde generasie halfgeleiermark wat deur silikonkarbied verteenwoordig word, nuwe geleenthede ingelui.
Kristalgroei is die kernskakel van silikonkarbied substraatproduksie, en die kerntoerusting is die kristalgroeioond. Soortgelyk aan tradisionele kristallyne silikongraad kristalgroeioonde, is die oondstruktuur nie baie ingewikkeld nie. Dit bestaan hoofsaaklik uit die oondliggaam, verhittingstelsel, spoeltransmissiemeganisme, vakuumverkryging- en meetstelsel, gaspadstelsel, verkoelingstelsel, beheerstelsel, ens. Die termiese veld en prosestoestande bepaal die sleutelaanwysers van silikonkarbied kristalkwaliteit, grootte, geleidingsvermoë en ander sleutelaanwysers.
Ⅰ. Moeilikhede in silikonkarbied kristalgroeitegnologie
Die temperatuur van silikonkarbiedkristalgroei is baie hoog en kan nie gemonitor word nie, dus lê die grootste probleem in die proses self:
(1)Moeilikheid om die termiese veld te beheerDie monitering van die geslote hoëtemperatuurholte is moeilik en onbeheerbaar. Anders as die tradisionele silikon-gebaseerde oplossing-getrekte kristalgroeitoerusting, wat 'n hoë mate van outomatisering het en die kristalgroeiproses waargeneem, beheer en aangepas kan word, groei silikonkarbiedkristalle in 'n geslote ruimte in 'n hoëtemperatuuromgewing bo 2 000 °C, en die groeitemperatuur moet presies beheer word tydens produksie, wat temperatuurbeheer moeilik maak;
(2)Moeilikheid om die kristalvorm te beheerMikropype, polimorfiese insluitsels, ontwrigtings en ander defekte is geneig om tydens die groeiproses te voorkom, en hulle beïnvloed en ontwikkel mekaar. Mikropype (MP) is deur-tipe defekte met 'n grootte van etlike mikrons tot tientalle mikrons, wat die doodsoorsaak van toestelle is. Silikonkarbied-enkelkristalle sluit meer as 200 verskillende kristalvorme in, maar slegs 'n paar kristalstrukture (4H-tipe) is die halfgeleiermateriale wat vir produksie benodig word. Kristalvormtransformasie is geneig om tydens die groeiproses plaas te vind, wat lei tot polimorfiese insluitingsdefekte. Daarom is dit nodig om parameters soos silikon-koolstofverhouding, groeitemperatuurgradiënt, kristalgroeispoed en gasvloeidruk akkuraat te beheer.
Daarbenewens is daar 'n temperatuurgradiënt in die termiese veld van silikonkarbied enkelkristalgroei, wat lei tot inheemse interne spanning en die gevolglike ontwrigtings (basale vlakontwrigting BPD, skroefontwrigting TSD, randontwrigting TED) tydens die kristalgroeiproses, wat sodoende die kwaliteit en werkverrigting van daaropvolgende epitaksie en toestelle beïnvloed.
(3)Moeilike dopingbeheerDie toediening van eksterne onsuiwerhede moet streng beheer word om 'n geleidende kristal met rigtinggewende doping te verkry;
(4)Stadige groeikoersDie groeikoers van silikonkarbied is baie stadig. Tradisioneelsilikonmaterialebenodig slegs 3 dae om tot 'n kristalstaaf te groei, terwyl silikonkarbied kristalstawe 7 dae benodig. Dit lei tot 'n natuurlik laer produksiedoeltreffendheid van silikonkarbied en baie beperkte uitset.
Aan die ander kant is die parameters van silikonkarbied epitaksiale groei uiters veeleisend, insluitend die lugdigtheid van die toerusting, die stabiliteit van die gasdruk in die reaksiekamer, die presiese beheer van die gasinvoertyd, die akkuraatheid van die gasverhouding en die streng bestuur van die afsettingstemperatuur. In die besonder, met die verbetering van die toestel se weerstandspanningsvlak, het die moeilikheidsgraad om die kernparameters van die epitaksiale wafer te beheer aansienlik toegeneem.
Daarbenewens, met die toename in die dikte van die epitaksiale laag, het die beheer van die eenvormigheid van die weerstand en die vermindering van die defekdigtheid terwyl die dikte verseker word, nog 'n groot uitdaging geword. In die geëlektrifiseerde beheerstelsel is dit nodig om hoë-presisie sensors en aktuators te integreer om te verseker dat verskeie parameters akkuraat en stabiel gereguleer kan word. Terselfdertyd is die optimalisering van die beheeralgoritme ook van kardinale belang. Dit moet die beheerstrategie intyds kan aanpas volgens die terugvoersein om aan te pas by verskeie veranderinge in diesilikonkarbied epitaksiale groeiproses.
Ⅱ. Die grootste probleme in die vervaardiging van silikonkarbiedsubstrate:
1. Die groeitemperatuur is bo 2000 ℃, wat twee keer so hoog is soos dié van silikon.
2. Die dikte van die kristalstaaf is klein gedurende die kristalgroeiperiode, en 'n 2 cm silikonkarbied kristalstaaf groei in 7 dae.
3. Die kristaltipevereistes is hoog, en daar is slegs 'n paar enkelkristal silikonkarbied met kristalstrukture.
4. Snyslytasie is hoog, en silikonkarbied het uiters hoë hardheid.
Kortom, die duur tydkoste en komplekse verwerkingstegnologie bepaal die hoë koste van silikonkarbiedsubstrate, wat die toepassing van silikonkarbied beperk.
III. Klassifikasie van kristalgroei-oonde
Volgens verskillende verhittingsmetodes kan kristalgroeioonde verdeel word in induksietipe en weerstandstipe. Tans is die meeste van die toerusting op die mark induksietipe, wat die voordele van lae koste, eenvoudige struktuur, gerieflike onderhoud en hoë termiese doeltreffendheid het. As gevolg van die elektromagnetiese induksie-effek is die aksiale temperatuur en radiale temperatuur van induksieverhitting egter gekoppel, en dit is onmoontlik om beide die kristalgroeispoed en die kristalgroeikwaliteit in ag te neem.
Die weerstandstermiese veldgroeiplatform kan onderskeidelik die aksiale temperatuur en radiale temperatuur akkuraat beheer, wat bevorderlik is vir die groei van groot kristalle en die kristalgroeitempo verbeter. Dit is een van die oplossings vir die toekomstige hoëgehalte 8-duim silikonkarbiedkristalgroei.
Vergelyking tussen induksiemetode en weerstandsmetode:
| Induksiemetode | Weerstandsmetode | |
| Werkbeginsel | Induksieverhitting is 'n hittebehandelingsmetode wat die magnetiese effek van elektriese stroom gebruik om 'n relatief hoë digtheid geïnduseerde stroom op die oppervlaklaag van die werkstuk te skep, dit vinnig tot die austenitiese toestand te verhit en dit dan vinnig af te koel om 'n martensitiese struktuur te verkry. | Weerstandsverhitting gebruik die Joule-hitte wat gegenereer word deur die stroom wat deur die geleier beweeg as die hittebron. Dit kan in twee kategorieë verdeel word: indirekte weerstandsverhitting (elektriese verwarmingselement of geleidende medium) en direkte weerstandsverhitting. |
| Temperatuurbeheer | Die induksiemetode verhit die interne magnetiese veld deur die induksiespoel buite die kroes. Die verhittingspoed is vinnig, maar die afstand tussen die induksiespoel en die kroes is groot, die stralingsarea is versprei, en dit is moeilik om die hitteopwekking van die kroesoppervlak in die horisontale rigting akkuraat te beheer. | Die weerstandsmetode stel 'n aparte verwarmer in, wat naby die kroes is. Deur die verwarmer aan te pas, kan die temperatuur van die kroesoppervlak meer akkuraat beheer word. |
| Grootgrootte kristalgroei | Wanneer verskeie verhittingspoele by die induksiemetode se termiese veldstruktuur gevoeg word, kan die magnetiese velde kruisinterfereer met mekaar, wat daartoe lei dat die magnetiese veld en hitte nie maklik volgens die ontwerpdoel versprei word nie, wat die verhittingseffek en kristalgroei beïnvloed. | Dit is makliker om 'n meerstadium-onafhanklike beheerverhittingstelsel vir weerstandsverhittingskristalgroeitoerusting te ontwerp, en die radiale gradiënt van die toerusting self is klein, wat aan die behoeftes van groot kristalgroei kan voldoen. |
| Kristalgroeisiklus | Induksiemetode kristalgroei neem ongeveer 10 dae, uitgloeiing neem 10-15 dae, en die algehele groeisiklus is 20-25 dae. | Die kristalgroeisiklus is ongeveer 5-7 dae, en dit kan outomaties gegloei word, en die temperatuur daal stadig na kragonderbreking. |
| Energieverbruik | Die energieverbruik van die weerstandsmetode is 2-3 keer hoër as dié van die induksiemetode. | |
| Opbrengsvlak | Die opbrengs van kristalle wat deur die weerstandsmetode-kristalgroeioond gekweek word, word aansienlik verbeter in vergelyking met die induksiemetode-kristalgroeioond. | |
Plasingstyd: 24 Junie 2025