SiCХарактеризира се с голяма забранена зона, висока топлопроводимост, висока критична напрегнатост на пробивното поле и висока скорост на дрейф на електронно насищане. Може да отговори на изискванията за приложение при условия на висока температура, високо налягане, висока честота и висока мощност. Може да се използва широко в превозни средства с нова енергия, фотоволтаици, индустриален контрол, радиочестотни комуникации и други области. С бързото развитие на свързаните индустрии, пазарът на полупроводници от трето поколение, представен от силициев карбид, откри нови възможности.
Растежът на кристали е основното звено в производството на силициево-карбидни субстрати, а основното оборудване е пещта за растеж на кристали. Подобно на традиционните пещи за растеж на кристали от кристален силициев клас, структурата на пещта не е много сложна. Тя се състои главно от тяло на пещта, нагревателна система, механизъм за предаване на бобини, система за събиране и измерване на вакуум, система за газови пътища, охладителна система, система за управление и др. Термичното поле и условията на процеса определят ключовите показатели за качеството, размера, проводимостта и други ключови показатели на кристалите от силициев карбид.
Ⅰ. Трудности в технологията за растеж на кристали от силициев карбид
Температурата на растеж на кристалите силициев карбид е много висока и не може да се следи, така че основната трудност се крие в самия процес:
(1)Трудност при контролиране на топлинното полеМониторингът на затворената високотемпературна кухина е труден и неконтролируем. За разлика от традиционното оборудване за растеж на кристали на силициева основа чрез изтегляне на разтвор, което има висока степен на автоматизация и процесът на растеж на кристали може да се наблюдава, контролира и регулира, кристалите от силициев карбид растат в затворено пространство във високотемпературна среда над 2000°C и температурата на растеж трябва да се контролира прецизно по време на производството, което затруднява контрола на температурата;
(2)Трудност при контролиране на кристалната формаМикротръбички, полиморфни включвания, дислокации и други дефекти са склонни да се появяват по време на процеса на растеж и те си влияят и се развиват взаимно. Микротръбичките (МТ) са дефекти от тип „преход“ с размер от няколко микрона до десетки микрона, които са убийствени дефекти на устройствата. Монокристалите от силициев карбид включват повече от 200 различни кристални форми, но само няколко кристални структури (4H тип) са полупроводниковите материали, необходими за производството. По време на процеса на растеж е възможно да възникнат трансформации на кристалната форма, което води до полиморфни дефекти на включванията. Следователно е необходимо точно да се контролират параметри като съотношение силиций-въглерод, температурен градиент на растеж, скорост на растеж на кристалите и налягане на газовия поток.
Освен това, в термичното поле на растежа на монокристали от силициев карбид има температурен градиент, който води до естествено вътрешно напрежение и произтичащите от него дислокации (дислокация на базалната равнина BPD, винтова дислокация TSD, ръбова дислокация TED) по време на процеса на растеж на кристала, като по този начин влияе върху качеството и производителността на последващата епитаксия и устройства.
(3)Труден допинг контролВъвеждането на външни примеси трябва да бъде строго контролирано, за да се получи проводим кристал с насочено легиране;
(4)Бавен темп на растежТемпът на растеж на силициевия карбид е много бавен. Традиционенсилициеви материалиНеобходими са само 3 дни, за да се превърнат в кристална пръчка, докато кристалните пръчки от силициев карбид се нуждаят от 7 дни. Това води до естествено по-ниска производствена ефективност на силициев карбид и много ограничен добив.
От друга страна, параметрите на епитаксиалния растеж на силициев карбид са изключително взискателни, включително херметичността на оборудването, стабилността на налягането на газа в реакционната камера, прецизния контрол на времето за въвеждане на газ, точността на газовото съотношение и стриктното управление на температурата на отлагане. По-специално, с подобряването на нивото на издържащо напрежение на устройството, трудността при контролиране на параметрите на сърцевината на епитаксиалната пластина се е увеличила значително.
Освен това, с увеличаването на дебелината на епитаксиалния слой, как да се контролира равномерността на съпротивлението и да се намали плътността на дефектите, като същевременно се гарантира дебелината, се превърна в друго основно предизвикателство. В електрифицираната система за управление е необходимо да се интегрират високопрецизни сензори и изпълнителни механизми, за да се гарантира, че различните параметри могат да бъдат точно и стабилно регулирани. В същото време оптимизацията на алгоритъма за управление също е от решаващо значение. Той трябва да може да коригира стратегията за управление в реално време според сигнала за обратна връзка, за да се адаптира към различни промени в...Епитаксиален растеж на силициев карбидпроцес.
Ⅱ. Основните трудности при производството на силициево-карбидни подложки:
1. Температурата на растеж е над 2000℃, което е два пъти по-високо от тази на силиция.
2. Дебелината на кристалната пръчка е малка по време на периода на растеж на кристала, а 2 см силициево-карбидна кристална пръчка расте за 7 дни.
3. Изискванията към типа кристал са високи и има само няколко монокристални силициеви карбиди с кристални структури.
4. Износването при рязане е високо, а силициевият карбид има изключително висока твърдост.
В обобщение, скъпите времеви разходи и сложната технология на обработка определят високата цена на силициево-карбидните субстрати, което ограничава приложението на силициевия карбид.
III. Класификация на пещи за растеж на кристали
Според различните методи на нагряване, пещите за растеж на кристали могат да бъдат разделени на индукционни и резистивни. Понастоящем по-голямата част от оборудването на пазара е от индукционен тип, което има предимствата на ниска цена, проста конструкция, лесна поддръжка и висока термична ефективност. Поради електромагнитния индукционен ефект обаче, аксиалната и радиалната температура на индукционното нагряване са свързани и е невъзможно да се вземат предвид едновременно скоростта на растеж на кристалите и качеството на растежа им.
Платформата за растеж с термично поле, базирано на съпротивление, може точно да контролира съответно аксиалната и радиалната температура, което благоприятства растежа на кристали с големи размери и подобрява скоростта на растеж на кристалите. Това е едно от решенията за бъдещ растеж на висококачествени 8-инчови кристали от силициев карбид.
Сравнение между индукционен метод и метод на съпротивление:
| Индукционен метод | Метод на съпротивление | |
| Принцип на работа | Индукционното нагряване е метод за термична обработка, който използва магнитния ефект на електрическия ток, за да създаде относително висока плътност на индуциран ток върху повърхностния слой на детайла, бързо го нагрява до аустенитно състояние и след това бързо го охлажда, за да получи мартензитна структура. | Съпротивителното нагряване използва джаулова топлина, генерирана от тока, преминаващ през проводника, като източник на топлина. То може да бъде разделено на две категории: индиректно съпротивително нагряване (електрически нагревателен елемент или проводима среда) и директно съпротивително нагряване. |
| Контрол на температурата | Индукционният метод нагрява вътрешното магнитно поле чрез индукционна бобина извън тигела. Скоростта на нагряване е бърза, но разстоянието между индукционната бобина и тигела е голямо, радиационната площ е разпръсната и е трудно да се контролира точно генерирането на топлина от повърхността на тигела в хоризонтална посока. | Методът на съпротивлението определя отделен нагревател, който е близо до тигела. Чрез регулиране на нагревателя, температурата на повърхността на тигела може да се контролира по-точно. |
| Растеж на кристали с големи размери | При добавяне на множество нагревателни бобини към структурата на термичното поле на индукционния метод, магнитните полета могат да се кръстосано интерферират едно с друго, което води до нелесно разпределение на магнитното поле и топлината според предназначението на конструкцията, което влияе върху нагряващия ефект и растежа на кристалите. | По-лесно е да се проектира многостепенна независима система за управление на нагряването за оборудване за растеж на кристали с резистивно нагряване, а радиалният градиент на самото оборудване е малък, което може да отговори на нуждите за растеж на кристали с големи размери. |
| Цикъл на растеж на кристали | Индукционният метод на растеж на кристали отнема около 10 дни, отгряването отнема 10-15 дни, а общият цикъл на растеж е 20-25 дни. | Цикълът на растеж на кристалите е около 5-7 дни и може да се отгрява автоматично, а температурата пада бавно след прекъсване на захранването. |
| Консумация на енергия | Консумацията на енергия при съпротивителния метод е 2-3 пъти по-висока от тази при индукционния метод. | |
| Ниво на добив | Добивът на кристали, отглеждани чрез пещ за растеж на кристали, използваща метода на съпротивление, е значително подобрен в сравнение с пещта за растеж на кристали, използвана чрез индукционен метод. | |
Време на публикуване: 24 юни 2025 г.