Карбід крэмніюМае характарыстыкі вялікай забароненай зоны, высокай цеплаправоднасці, высокай крытычнай напружанасці поля прабоя і высокай хуткасці дрэйфу электроннага насычэння. Ён можа задаволіць патрабаванні прымянення ва ўмовах высокай тэмпературы, высокага ціску, высокай частаты і высокай магутнасці. Ён можа шырока выкарыстоўвацца ў транспартных сродках новых энергетычных сістэм, фотаэлектрыцы, прамысловым кіраванні, радыёчастотнай сувязі і іншых галінах. З хуткім развіццём сумежных галін рынак паўправаднікоў трэцяга пакалення, прадстаўлены карбідам крэмнію, адкрыў новыя магчымасці.
Рост крышталяў з'яўляецца асноўным звяном вытворчасці падкладкі з карбіду крэмнію, а асноўным абсталяваннем з'яўляецца печ для росту крышталяў. Падобна традыцыйным печам для росту крышталяў крышталічнага крэмнію, канструкцыя печы не вельмі складаная. Яна ў асноўным складаецца з корпуса печы, сістэмы нагрэву, механізму перадачы шпулькі, сістэмы збору і вымярэння вакууму, сістэмы газавага тракту, сістэмы астуджэння, сістэмы кіравання і г.д. Цеплавое поле і ўмовы працэсу вызначаюць ключавыя паказчыкі якасці крышталяў карбіду крэмнію, памеру, праводнасці і іншых ключавых паказчыкаў.
Ⅰ. Цяжкасці ў тэхналогіі вырошчвання крышталяў карбіду крэмнію
Тэмпература росту крышталяў карбіду крэмнію вельмі высокая і яе немагчыма кантраляваць, таму асноўная цяжкасць заключаецца ў самым працэсе:
(1)Цяжкасці ў кіраванні цеплавым полемМаніторынг замкнёнай высокатэмпературнай паражніны складаны і некантралюемы. У адрозненне ад традыцыйнага абсталявання для вырошчвання крышталяў на аснове крэмнію з дапамогай раствора, якое мае высокую ступень аўтаматызацыі і дазваляе назіраць, кантраляваць і рэгуляваць працэс росту крышталяў, крышталі карбіду крэмнію растуць у замкнёнай прасторы пры высокай тэмпературы вышэй за 2000°C, і тэмпературу росту неабходна дакладна кантраляваць падчас вытворчасці, што ўскладняе кантроль тэмпературы;
(2)Цяжкасці ў кантролі крышталічнай формыМікратрубкі, паліморфныя ўключэнні, дыслакацыі і іншыя дэфекты схільныя да ўзнікнення ў працэсе росту, і яны ўзаемаадносна ўплываюць і развіваюцца. Мікратрубкі (МТ) — гэта дэфекты скразнога тыпу памерам ад некалькіх мікронаў да дзясяткаў мікронаў, якія з'яўляюцца дэфектамі-забойцамі прылад. Монакрышталі карбіду крэмнію ўключаюць больш за 200 розных крышталічных формаў, але толькі некалькі крышталічных структур (Тып 4H) — гэта паўправадніковыя матэрыялы, неабходныя для вытворчасці. Падчас працэсу росту схільныя да змены крышталічнай формы, што прыводзіць да паліморфных дэфектаў уключэнняў. Таму неабходна дакладна кантраляваць такія параметры, як суадносіны крэмнію і вугляроду, градыент тэмпературы росту, хуткасць росту крышталяў і ціск газавага патоку.
Акрамя таго, у цеплавым полі росту монакрышталя карбіду крэмнію існуе градыент тэмпературы, які прыводзіць да ўзнікнення ўнутраных напружанняў і ўзнікнення дыслакацый (дыслакацыя базальнай плоскасці BPD, шрубавая дыслакацыя TSD, краёвая дыслакацыя TED) падчас працэсу росту крышталя, тым самым уплываючы на якасць і прадукцыйнасць наступнай эпітаксіі і прылад.
(3)Складаны допінг-кантрольУвядзенне знешніх прымешак павінна строга кантралявацца, каб атрымаць праводны крышталь з накіраваным легаваннем;
(4)Павольны тэмп ростуТэмпы росту карбіду крэмнію вельмі павольныя. Традыцыйныкрэмніевыя матэрыялыДля ператварэння ў крышталічны стрыжань патрабуецца ўсяго 3 дні, у той час як крышталічныя стрыжні з карбіду крэмнію — 7 дзён. Гэта прыводзіць да натуральнага зніжэння эфектыўнасці вытворчасці карбіду крэмнію і вельмі абмежаванай вытворчасці.
З іншага боку, параметры эпітаксіяльнага росту карбіду крэмнію надзвычай патрабавальныя, у тым ліку герметычнасць абсталявання, стабільнасць ціску газу ў рэакцыйнай камеры, дакладны кантроль часу ўводу газу, дакладнасць суадносін газаў і строгі кантроль тэмпературы нанясення. У прыватнасці, з паляпшэннем узроўню вытрымлівальнага напружання прылады значна павялічылася складанасць кантролю параметраў асяродку эпітаксіяльнай пласціны.
Акрамя таго, з павелічэннем таўшчыні эпітаксіяльнага пласта, яшчэ адной сур'ёзнай праблемай стала кіраванне аднастайнасцю супраціўлення і зніжэнне шчыльнасці дэфектаў пры адначасовым забеспячэнні таўшчыні. У электрыфікаванай сістэме кіравання неабходна інтэграваць высокадакладныя датчыкі і прывады, каб забяспечыць дакладнае і стабільнае рэгуляванне розных параметраў. Адначасова, аптымізацыя алгарытму кіравання таксама мае вырашальнае значэнне. Ён павінен мець магчымасць карэктаваць стратэгію кіравання ў рэжыме рэальнага часу ў адпаведнасці з сігналам зваротнай сувязі, каб адаптавацца да розных змен у...эпітаксіяльны рост карбіду крэмніюпрацэс.
Ⅱ. Асноўныя цяжкасці пры вырабе падкладак з карбіду крэмнію:
1. Тэмпература росту вышэй за 2000℃, што ўдвая вышэй, чым у крэмнію.
2. Таўшчыня крышталічнага стрыжня невялікая падчас росту крышталя, і крышталічны стрыжань карбіду крэмнію даўжынёй 2 см вырастае за 7 дзён.
3. Патрабаванні да тыпу крышталя высокія, і існуе толькі некалькі монакрышталічных карбідаў крэмнію з крышталічнымі структурамі.
4. Знос пры рэзцы высокі, а карбід крэмнію мае надзвычай высокую цвёрдасць.
Карацей кажучы, высокі кошт карбіду крэмнію, звязаны з высокімі выдаткамі часу і складанай тэхналогіяй апрацоўкі, абмяжоўвае яго прымяненне.
III. Класіфікацыя печаў для росту крышталяў
У залежнасці ад спосабу нагрэву, печы для росту крышталяў можна падзяліць на індукцыйныя і рэзістыўныя. У цяперашні час на рынку пераважная большасць абсталявання — індукцыйнага тыпу, які мае такія перавагі, як нізкі кошт, простая канструкцыя, зручнасць абслугоўвання і высокая цеплавая эфектыўнасць. Аднак з-за эфекту электрамагнітнай індукцыі восевая і радыяльная тэмпературы індукцыйнага нагрэву звязаныя, і немагчыма ўлічваць як хуткасць росту крышталяў, так і якасць росту крышталяў.
Платформа для росту з выкарыстаннем цеплавога поля дазваляе дакладна кантраляваць адпаведна восевую і радыяльную тэмпературы, што спрыяе росту крышталяў вялікага памеру і паляпшае хуткасць росту крышталяў. Гэта адно з рашэнняў для будучага росту высакаякасных 8-цалевых крышталяў карбіду крэмнію.
Параўнанне паміж індукцыйным метадам і метадам супраціву:
| Індукцыйны метад | Метад супраціву | |
| Прынцып працы | Індукцыйны нагрэў — гэта метад тэрмічнай апрацоўкі, які выкарыстоўвае магнітны эфект электрычнага току для стварэння адносна высокай шчыльнасці індукаванага току на павярхоўным пласце апрацоўванай дэталі, хутка награвае яе да аўстэнітнага стану, а затым хутка астуджае для атрымання мартэнсітнай структуры. | Рэзістыўны нагрэў выкарыстоўвае джоўлева цяпло, якое выпрацоўваецца токам, які праходзіць праз праваднік, у якасці крыніцы цяпла. Яго можна падзяліць на дзве катэгорыі: ускосны рэзістыўны нагрэў (электрычны награвальны элемент або праводнае асяроддзе) і прамы рэзістыўны нагрэў. |
| Кантроль тэмпературы | Індукцыйны метад награвае ўнутранае магнітнае поле праз індукцыйную шпульку звонку тыгля. Хуткасць нагрэву высокая, але адлегласць паміж індукцыйнай шпулькай і тыглям вялікая, плошча выпраменьвання рассеяная, і цяжка дакладна кантраляваць выпрацоўку цяпла паверхняй тыгля ў гарызантальным кірунку. | Метад супраціву ўсталёўвае асобны награвальнік, які знаходзіцца блізка да тыгля. Рэгулюючы награвальнік, можна больш дакладна кантраляваць тэмпературу паверхні тыгля. |
| Рост крышталяў вялікіх памераў | Пры даданні некалькіх награвальных шпулек да структуры цеплавога поля індукцыйнага метаду магнітныя палі могуць перасякацца адно з адным, у выніку чаго магнітнае поле і цяпло не размеркоўваюцца належным чынам у адпаведнасці з праектнай мэтай, што ўплывае на эфект нагрэву і рост крышталяў. | Прасцей распрацаваць шматступенчатую незалежную сістэму нагрэву з кіраваннем для абсталявання для вырошчвання крышталяў з дапамогай рэзістыўнага нагрэву, а радыяльны градыент самога абсталявання невялікі, што можа задаволіць патрэбы вырошчвання крышталяў вялікага памеру. |
| Цыкл росту крышталяў | Індукцыйны метад росту крышталяў займае каля 10 дзён, адпал — 10-15 дзён, а агульны цыкл росту — 20-25 дзён. | Цыкл росту крышталяў складае каля 5-7 дзён, і яны могуць аўтаматычна адпальвацца, а тэмпература павольна падае пасля адключэння электраэнергіі. |
| Спажыванне энергіі | Спажыванне энергіі пры выкарыстанні метаду рэзістыўнага нагрэву ў 2-3 разы вышэйшае, чым пры выкарыстанні індукцыйнага метаду. | |
| Узровень ураджайнасці | Выхад крышталяў, вырашчаных у печы для росту крышталяў метадам супраціву, значна паляпшаецца ў параўнанні з печчу для росту крышталяў метадам індукцыі. | |
Час публікацыі: 24 чэрвеня 2025 г.