SiCHà e caratteristiche di una grande banda proibita, alta cunduttività termica, alta forza di campu di rottura critica è alta velocità di deriva di saturazione elettronica. Pò risponde à i requisiti di l'applicazione in cundizioni di alta temperatura, alta pressione, alta frequenza è alta putenza. Pò esse largamente adupratu in veiculi di nova energia, fotovoltaicu, cuntrollu industriale, cumunicazioni à radiofrequenza è altri campi. Cù u rapidu sviluppu di l'industrie cunnesse, u mercatu di semiconduttori di terza generazione rapprisentatu da u carburu di siliciu hà apertu nuove opportunità.
A crescita di i cristalli hè u ligame principale di a pruduzzione di sustrati di carburo di siliciu, è l'equipaggiu principale hè u fornu di crescita di cristalli. Simile à i forni tradiziunali di crescita di cristalli di qualità di siliciu cristallinu, a struttura di u fornu ùn hè micca assai cumplicata. Hè cumposta principalmente da u corpu di u fornu, u sistema di riscaldamentu, u mecanismu di trasmissione di a bobina, u sistema di acquisizione è misurazione di u vacuum, u sistema di percorsu di u gasu, u sistema di raffreddamentu, u sistema di cuntrollu, ecc. U campu termicu è e cundizioni di u prucessu determinanu l'indicatori chjave di a qualità, a dimensione, a cunduttività è altri indicatori chjave di u cristallu di carburo di siliciu.
Ⅰ. Difficultà in a tecnulugia di crescita di cristalli di carburo di siliciu
A temperatura di crescita di i cristalli di carburo di siliciu hè assai alta è ùn pò esse monitorata, dunque a principale difficultà stà in u prucessu stessu:
(1)Difficultà à cuntrullà u campu termicuU monitoraghju di a cavità chjusa à alta temperatura hè difficiule è incontrollabile. À u cuntrariu di l'equipaggiu tradiziunale di crescita di cristalli tirati in suluzione à basa di siliciu, chì hà un altu gradu di automatizazione è u prucessu di crescita di cristalli pò esse osservatu, cuntrullatu è aghjustatu, i cristalli di carburu di siliciu crescenu in un spaziu chjusu in un ambiente à alta temperatura sopra i 2.000 ° C, è a temperatura di crescita deve esse cuntrullata precisamente durante a pruduzzione, ciò chì rende difficiule u cuntrollu di a temperatura;
(2)Difficultà à cuntrullà a forma cristallinaI micropipi, l'inclusioni polimorfiche, e dislocazioni è altri difetti sò propensi à accade durante u prucessu di crescita, è si influenzanu è si evolvunu l'unu l'altru. I micropipi (MP) sò difetti di tipu passante cù una dimensione da parechji micron à decine di micron, chì sò difetti assassini di i dispositivi. I monocristalli di carburo di siliciu includenu più di 200 forme cristalline diverse, ma solu poche strutture cristalline (Tipu 4H) sò i materiali semiconduttori richiesti per a pruduzzione. A trasfurmazione di a forma cristallina hè propensa à accade durante u prucessu di crescita, risultendu in difetti d'inclusione polimorfica. Dunque, hè necessariu cuntrullà accuratamente i parametri cum'è u rapportu siliciu-carboniu, u gradiente di temperatura di crescita, a velocità di crescita di u cristallu è a pressione di flussu di gas.
Inoltre, ci hè un gradiente di temperatura in u campu termicu di a crescita di monocristalli di carburo di siliciu, chì porta à stress internu nativu è e dislocazioni risultanti (dislocazione di u pianu basale BPD, dislocazione di a vite TSD, dislocazione di u bordu TED) durante u prucessu di crescita di u cristallu, affettendu cusì a qualità è e prestazioni di l'epitaxia è di i dispositivi successivi.
(3)Cuntrollu di doping difficiuleL'introduzione d'impurità esterne deve esse strettamente cuntrullata per ottene un cristallu conduttivu cù doping direzionale;
(4)Ritmu di crescita lentaU ritmu di crescita di u carburu di siliciu hè assai lentu. Tradiziunalemateriali di siliconeCi vole solu 3 ghjorni per cresce in una verga di cristallu, mentre chì e verghe di cristallu di carburo di siliciu anu bisognu di 7 ghjorni. Questu porta à una efficienza di pruduzzione naturalmente più bassa di carburo di siliciu è à una pruduzzione assai limitata.
Da l'altra parte, i parametri di a crescita epitassiale di u carburu di siliciu sò estremamente esigenti, cumprese a tenuta d'aria di l'attrezzatura, a stabilità di a pressione di u gas in a camera di reazione, u cuntrollu precisu di u tempu d'introduzione di u gas, a precisione di u rapportu di u gas è a gestione stretta di a temperatura di deposizione. In particulare, cù u miglioramentu di u livellu di tensione di resistenza di u dispusitivu, a difficultà di cuntrullà i parametri principali di a cialda epitassiale hè aumentata significativamente.
Inoltre, cù l'aumentu di u spessore di u stratu epitaxiale, cumu cuntrullà l'uniformità di a resistività è riduce a densità di difetti mentre si assicura u spessore hè diventatu un'altra sfida maiò. In u sistema di cuntrollu elettrificatu, hè necessariu integrà sensori è attuatori di alta precisione per assicurà chì diversi parametri possinu esse regulati in modu precisu è stabile. À u listessu tempu, l'ottimisazione di l'algoritmu di cuntrollu hè ancu cruciale. Deve esse capace di adattà a strategia di cuntrollu in tempu reale secondu u signale di feedback per adattassi à vari cambiamenti in ucrescita epitassiale di carburo di siliciuprucessu.
Ⅱ. E principali difficultà in a fabricazione di substrati di carburo di siliciu:
1. A temperatura di crescita hè sopra à 2000 ℃, chì hè duie volte più alta chè quella di u siliciu.
2. U spessore di a barra di cristallu hè chjucu durante u periodu di crescita di u cristallu, è una barra di cristallu di carburo di siliciu di 2 cm cresce in 7 ghjorni.
3. I requisiti di u tipu di cristallu sò alti, è ci sò solu uni pochi di carburi di siliciu monocristallini cù strutture cristalline.
4. L'usura di taglio hè alta, è u carburo di siliciu hà una durezza estremamente alta.
In riassuntu, u costu di tempu caru è a tecnulugia di trasfurmazione cumplessa determinanu l'altu costu di i sustrati di carburo di siliciu, ciò chì limita l'applicazione di u carburo di siliciu.
III. Classificazione di i forni di crescita di cristalli
Sicondu i sfarenti metudi di riscaldamentu, i forni di crescita di cristalli ponu esse divisi in tipu d'induzione è tipu di resistenza. Attualmente, a maiò parte di l'equipaggiamenti in u mercatu sò di tipu d'induzione, chì hà i vantaghji di un costu bassu, una struttura simplice, una manutenzione conveniente è una alta efficienza termica. Tuttavia, per via di l'effettu d'induzione elettromagnetica, a temperatura assiale è a temperatura radiale di u riscaldamentu per induzione sò accoppiate, è hè impussibile di tene contu sia di a velocità di crescita di u cristallu sia di a qualità di a crescita di u cristallu.
A piattaforma di crescita di u campu termicu di resistenza pò cuntrullà accuratamente a temperatura assiale è a temperatura radiale rispettivamente, ciò chì hè favurevule à a crescita di cristalli di grande dimensione è migliora a velocità di crescita di i cristalli. Hè una di e soluzioni per a futura crescita di cristalli di carburo di siliciu di 8 pollici di alta qualità.
Paragone trà u metudu d'induzione è u metudu di resistenza:
| Metudu d'induzione | Metudu di resistenza | |
| Principiu di funziunamentu | U riscaldamentu per induzione hè un metudu di trattamentu termicu chì usa l'effettu magneticu di a corrente elettrica per creà una densità relativamente alta di corrente indotta nantu à u stratu superficiale di a pezza, a riscalda rapidamente à u statu austenite, è poi a raffredda rapidamente per ottene una struttura martensitica. | U riscaldamentu per resistenza usa u calore Joule generatu da a corrente chì passa per u cunduttore cum'è fonte di calore. Pò esse divisu in duie categurie: riscaldamentu per resistenza indiretta (elementu riscaldante elettricu o mezu conduttivu) è riscaldamentu per resistenza diretta. |
| Cuntrollu di a temperatura | U metudu d'induzione riscalda u campu magneticu internu attraversu a bobina d'induzione fora di u crogiolu. A velocità di riscaldamentu hè rapida, ma a distanza trà a bobina d'induzione è u crogiolu hè luntana, a zona di radiazione hè dispersa, è hè difficiule di cuntrullà accuratamente a generazione di calore di a superficia di u crogiolu in a direzzione urizzuntale. | U metudu di resistenza stabilisce un riscaldatore separatu, chì hè vicinu à u crucible. Aghjustendu u riscaldatore, a temperatura di a superficia di u crucible pò esse cuntrullata più precisamente. |
| Crescita di cristalli di grande dimensione | Quandu si aghjunghjenu parechje bobine di riscaldamentu à a struttura di u campu termicu di u metudu d'induzione, i campi magnetichi ponu interferisce trà di elli, ciò chì face chì u campu magneticu è u calore ùn sianu micca facilmente distribuiti secondu u scopu di cuncepimentu, affettendu l'effettu di riscaldamentu è a crescita di i cristalli. | Hè più faciule cuncepisce un sistema di riscaldamentu di cuntrollu indipendente in più tappe per l'equipaggiu di crescita di cristalli di riscaldamentu di resistenza, è u gradiente radiale di l'equipaggiu stessu hè chjucu, chì pò risponde à i bisogni di crescita di cristalli di grande dimensione. |
| Ciclu di crescita di cristalli | A crescita di i cristalli di u metudu d'induzione dura circa 10 ghjorni, a ricottura dura 10-15 ghjorni, è u ciclu di crescita generale hè di 20-25 ghjorni. | U ciclu di crescita di u cristallu hè di circa 5-7 ghjorni, è pò esse ricottu automaticamente, è a temperatura cala pianu pianu dopu à una mancanza di corrente. |
| Cunsumu d'energia | U cunsumu energeticu di u metudu di resistenza hè 2-3 volte più altu ch'è quellu di u metudu d'induzione. | |
| Livellu di rendimentu | U rendimentu di i cristalli cultivati da u fornu di crescita di cristalli à metudu di resistenza hè assai migliuratu paragunatu à u fornu di crescita di cristalli à metudu d'induzione | |
Data di publicazione: 24 di ghjugnu di u 2025