SiCböyük zolaq boşluğu, yüksək istilik keçiriciliyi, yüksək kritik parçalanma sahəsi gücü və yüksək elektron doyma sürüşmə sürəti xüsusiyyətlərinə malikdir. Yüksək temperatur, yüksək təzyiq, yüksək tezlik və yüksək güc şəraitində tətbiq tələblərinə cavab verə bilər. Yeni enerji nəqliyyat vasitələrində, fotovoltaiklərdə, sənaye nəzarətində, radiotezlikli rabitədə və digər sahələrdə geniş istifadə edilə bilər. Əlaqəli sənaye sahələrinin sürətli inkişafı ilə silikon karbidlə təmsil olunan üçüncü nəsil yarımkeçirici bazarı yeni imkanlar yaratmışdır.
Kristal böyüməsi silikon karbid substratı istehsalının əsas halqasıdır və əsas avadanlıq kristal böyümə sobasıdır. Ənənəvi kristal silikon dərəcəli kristal böyümə sobalarına bənzər şəkildə, sobanın quruluşu çox mürəkkəb deyil. Əsasən soba gövdəsi, istilik sistemi, bobin ötürmə mexanizmi, vakuum əldə etmə və ölçmə sistemi, qaz yolu sistemi, soyutma sistemi, idarəetmə sistemi və s.-dən ibarətdir. İstilik sahəsi və proses şərtləri silikon karbid kristalının keyfiyyətinin, ölçüsünün, keçiriciliyinin və digər əsas göstəricilərin əsas göstəricilərini müəyyən edir.
Ⅰ. Silisium karbid kristallarının yetişdirilməsi texnologiyasındakı çətinliklər
Silisium karbid kristalının böyümə temperaturu çox yüksəkdir və izlənilə bilməz, buna görə də əsas çətinlik prosesin özündədir:
(1)İstilik sahəsini idarə etməkdə çətinlikQapalı yüksək temperaturlu boşluğun monitorinqi çətindir və idarəolunmazdır. Yüksək dərəcədə avtomatlaşdırmaya malik və kristal böyümə prosesini müşahidə etmək, idarə etmək və tənzimləmək mümkün olan ənənəvi silikon əsaslı məhlul ilə çəkilmiş kristal böyümə avadanlıqlarından fərqli olaraq, silikon karbid kristalları 2000°C-dən yuxarı yüksək temperaturlu mühitdə qapalı məkanda böyüyür və istehsal zamanı böyümə temperaturu dəqiq idarə olunmalıdır ki, bu da temperaturun idarə olunmasını çətinləşdirir;
(2)Kristal formasını idarə etməkdə çətinlikMikroborular, polimorfik daxilolmalar, çıxıqlar və digər qüsurlar böyümə prosesi zamanı baş verməyə meyllidir və bir-birini təsir edir və inkişaf etdirir. Mikroborular (MP) bir neçə mikrondan onlarla mikrona qədər ölçüdə olan, cihazların öldürücü qüsurları olan ötürücü tipli qüsurlardır. Silisium karbid tək kristalları 200-dən çox müxtəlif kristal formasını ehtiva edir, lakin yalnız bir neçə kristal quruluşu (4H növü) istehsal üçün tələb olunan yarımkeçirici materiallardır. Kristal formasının transformasiyası böyümə prosesi zamanı baş verməyə meyllidir və bu da polimorfik daxilolma qüsurlarına səbəb olur. Buna görə də, silisium-karbon nisbəti, böyümə temperatur qradiyenti, kristal böyümə sürəti və qaz axını təzyiqi kimi parametrləri dəqiq idarə etmək lazımdır.
Bundan əlavə, silikon karbid tək kristal böyüməsinin istilik sahəsində temperatur qradiyenti mövcuddur ki, bu da kristal böyümə prosesi zamanı doğma daxili gərginliyə və nəticədə yaranan dislokasiyalara (bazal müstəvi dislokasiyası BPD, vint dislokasiyası TSD, kənar dislokasiyası TED) səbəb olur və bununla da sonrakı epitaksiyanın və cihazların keyfiyyətinə və fəaliyyətinə təsir göstərir.
(3)Çətin dopinq nəzarətiİstiqamətli aşqarlama ilə keçirici kristal əldə etmək üçün xarici çirklərin daxil olmasına ciddi şəkildə nəzarət edilməlidir;
(4)Yavaş böyümə tempiSilikon karbidin böyümə sürəti çox yavaşdır. Ənənəvisilikon materiallarıKristal çubuqların yetişməsi üçün cəmi 3 gün, silikon karbid kristal çubuqlarının isə 7 gün lazımdır. Bu, silikon karbidin təbii olaraq daha aşağı istehsal səmərəliliyinə və çox məhdud məhsuldarlığa gətirib çıxarır.
Digər tərəfdən, silikon karbid epitaksial böyüməsinin parametrləri, o cümlədən avadanlığın hava keçirməzliyi, reaksiya kamerasındakı qaz təzyiqinin sabitliyi, qazın daxil olma vaxtının dəqiq idarə olunması, qaz nisbətinin dəqiqliyi və çökmə temperaturunun ciddi idarə olunması olduqca tələbkardır. Xüsusilə, cihazın davamlı gərginlik səviyyəsinin yaxşılaşması ilə epitaksial lövhənin əsas parametrlərinin idarə olunmasının çətinliyi əhəmiyyətli dərəcədə artmışdır.
Bundan əlavə, epitaksial təbəqənin qalınlığının artması ilə müqavimətin vahidliyini necə idarə etmək və qalınlığı təmin edərkən qüsur sıxlığını necə azaltmaq daha bir əsas problemə çevrilib. Elektrikləşdirilmiş idarəetmə sistemində müxtəlif parametrlərin dəqiq və sabit şəkildə tənzimlənməsini təmin etmək üçün yüksək dəqiqlikli sensorlar və aktuatorların inteqrasiyası lazımdır. Eyni zamanda, idarəetmə alqoritminin optimallaşdırılması da vacibdir. Müxtəlif dəyişikliklərə uyğunlaşmaq üçün geribildirim siqnalına uyğun olaraq idarəetmə strategiyasını real vaxt rejimində tənzimləyə bilməlidir.silisium karbid epitaksial böyüməproses.
Ⅱ. Silikon karbid substratlarının istehsalında əsas çətinliklər:
1. Böyümə temperaturu 2000℃-dən yuxarıdır ki, bu da silikon temperaturundan iki dəfə yüksəkdir.
2. Kristal böyümə dövründə kristal çubuğun qalınlığı az olur və 2 sm-lik silikon karbid kristal çubuğu 7 günə böyüyür.
3. Kristal tipinə tələblər yüksəkdir və kristal strukturlu tək kristal silikon karbidləri yalnız bir neçədir.
4. Kəsmə aşınması yüksəkdir və silikon karbid son dərəcə yüksək sərtliyə malikdir.
Xülasə, bahalı vaxt xərcləri və mürəkkəb emal texnologiyası silikon karbid substratlarının yüksək qiymətini müəyyən edir ki, bu da silikon karbidin tətbiqini məhdudlaşdırır.
III. Kristal böyümə sobalarının təsnifatı
Müxtəlif istilik üsullarına görə, kristal böyümə sobaları induksiya tipinə və müqavimət tipinə bölünə bilər. Hazırda bazarda olan avadanlıqların əksəriyyəti aşağı qiymət, sadə quruluş, rahat texniki xidmət və yüksək istilik səmərəliliyi kimi üstünlüklərə malik induksiya tipidir. Lakin, elektromaqnit induksiya effekti səbəbindən induksiya qızdırmasının ox temperaturu və radial temperaturu bir-biri ilə əlaqəlidir və həm kristal böyümə sürətini, həm də kristal böyümə keyfiyyətini nəzərə almaq mümkün deyil.
Müqavimət istilik sahəsinin böyümə platforması müvafiq olaraq ox temperaturunu və radial temperaturu dəqiq idarə edə bilir ki, bu da böyük ölçülü kristalların böyüməsinə kömək edir və kristalların böyümə sürətini artırır. Bu, gələcəkdə yüksək keyfiyyətli 8 düymlük silikon karbid kristallarının böyüməsi üçün həllərdən biridir.
İnduksiya metodu ilə müqavimət metodu arasındakı müqayisə:
| İnduksiya metodu | Müqavimət metodu | |
| İş prinsipi | İnduksiyalı qızdırma, iş parçasının səth təbəqəsində nisbətən yüksək sıxlıqlı induksiyalı cərəyan yaratmaq üçün elektrik cərəyanının maqnit təsirindən istifadə edən, onu tez bir zamanda austenit vəziyyətinə qədər qızdıran və sonra martensit quruluşu əldə etmək üçün tez bir zamanda soyudan istilik emalı üsuludur. | Müqavimətli isitmə istilik mənbəyi kimi keçiricidən keçən cərəyanın yaratdığı Coul istiliyindən istifadə edir. Bu, iki kateqoriyaya bölünə bilər: dolayı müqavimətli isitmə (elektrikli qızdırıcı element və ya keçirici mühit) və birbaşa müqavimətli isitmə. |
| Temperatur nəzarəti | İnduksiya metodu daxili maqnit sahəsini potolokun xaricindəki induksiya rulonu vasitəsilə qızdırır. Qızdırma sürəti yüksəkdir, lakin induksiya rulonu ilə potolok arasındakı məsafə uzaqdır, radiasiya sahəsi dağınıqdır və potolok səthinin üfüqi istiqamətdə istilik əmələ gəlməsini dəqiq idarə etmək çətindir. | Müqavimət metodu, potala yaxın olan ayrı bir qızdırıcı təyin edir. Qızdırıcını tənzimləməklə, potanın səthinin temperaturu daha dəqiq idarə oluna bilər. |
| Böyük ölçülü kristal böyüməsi | İnduksiya metodu ilə istilik sahəsi strukturuna birdən çox istilik spiral əlavə edildikdə, maqnit sahələri bir-biri ilə çarpaz müdaxilə edə bilər və nəticədə maqnit sahəsi və istilik dizayn məqsədinə uyğun olaraq asanlıqla paylanmır və bu da istilik effektinə və kristal böyüməsinə təsir göstərir. | Müqavimətli qızdırıcı kristal böyümə avadanlığı üçün çoxmərhələli müstəqil idarəetmə istilik sistemi dizayn etmək daha asandır və avadanlığın özünün radial qradiyenti kiçikdir ki, bu da böyük ölçülü kristal böyüməsinin ehtiyaclarını ödəyə bilər. |
| Kristal böyümə dövrü | İnduksiya üsulu ilə kristalların böyüməsi təxminən 10 gün, tavlanması 10-15 gün, ümumi böyümə dövrü isə 20-25 gündür. | Kristal böyümə dövrü təxminən 5-7 gündür və avtomatik olaraq tavlana bilər və elektrik kəsilməsindən sonra temperatur yavaş-yavaş aşağı düşür. |
| Enerji istehlakı | Müqavimət metodunun enerji sərfiyyatı induksiya metodundan 2-3 dəfə çoxdur. | |
| Məhsuldarlıq səviyyəsi | Müqavimət metodu ilə kristal böyümə sobası ilə yetişdirilən kristalların məhsuldarlığı induksiya metodu ilə kristal böyümə sobası ilə müqayisədə xeyli artır | |
Yazı vaxtı: 24 iyun 2025