¿Qué tecnología está relacionada con el crecimiento de cristales de carburo de silicio (SiC)?

1. Tecnología de dopaje de polvo de carburo de silicio
La adición de una cantidad adecuada de cerio (Ce) al polvo de carburo de silicio permite un crecimiento estable de cristales monocristalinos de 4H-SiC. La experiencia práctica ha demostrado que la adición de Ce a los materiales en polvo acelera el crecimiento de los cristales de carburo de silicio. Además, permite controlar la orientación del carburo de silicio, logrando una dirección de crecimiento más uniforme y regular. Esto inhibe la generación de impurezas, reduce la formación de defectos y facilita la obtención de cristales monocristalinos de alta calidad. Asimismo, inhibe la corrosión en la parte posterior del cristal y aumenta la tasa de crecimiento monocristalino.

2. Tecnología de control del gradiente del campo de temperatura axial y radial
El gradiente de temperatura axial afecta principalmente la forma y la eficiencia del crecimiento cristalino. Un gradiente de temperatura demasiado pequeño provoca la aparición de heterocristales durante el proceso de crecimiento y también afecta la velocidad de transporte de sustancias gaseosas, lo que resulta en una disminución de la velocidad de crecimiento del cristal. Unos gradientes de temperatura axiales y radiales adecuados facilitan el rápido crecimiento de los cristales de SiC y mantienen la estabilidad de su calidad.

3. Tecnología de control de dislocaciones del plano base (BPD).
La causa principal de la formación del defecto BPD es que la tensión de corte en el cristal excede la tensión de corte crítica del mismo.cristal de SiC, lo que conduce a la activación del sistema de deslizamiento. Debido a que la BPD es perpendicular a la dirección de crecimiento del cristal, se produce principalmente durante el proceso de crecimiento del cristal y el posterior proceso de enfriamiento del mismo.

4. Tecnología de regulación y control de la relación de componentes en fase gaseosa
En el proceso de crecimiento de cristales, aumentar la proporción de carbono-silicio y la proporción de componentes en fase gaseosa en el entorno de crecimiento es una medida eficaz para lograr un crecimiento estable de un único cristal. Dado que una alta proporción de carbono-silicio puede reducir la coalescencia de grandes escalones y mantener la información de crecimiento en la superficie del cristal semilla, puede suprimir el polimorfismo.

5. Tecnología de control de bajo estrés
Durante el proceso de crecimiento del cristal, la presencia de tensión puede provocar que los planos cristalinos internos se deformen.SicEsto puede provocar que el cristal se doble, lo que resulta en una mala calidad e incluso en el agrietamiento del cristal. Además, una tensión elevada puede aumentar las dislocaciones en el plano base de la oblea. Estos defectos pueden penetrar en la capa epitaxial durante el proceso de epitaxia, afectando gravemente el rendimiento del dispositivo en etapas posteriores.

A continuación se presentan varios métodos para mejorar el proceso de reducción de la tensión dentro del cristal:

1. Ajuste la distribución del campo de temperatura y los parámetros del proceso para permitir la fabricación de SiC individual.crecimiento de cristalesProceder en condiciones lo más cercanas posible al equilibrio.

2. Optimizar la estructura y la forma del crisol para permitir que el cristal crezca con la mayor libertad posible en un estado sin restricciones.

3. Respecto a la fijación del cristal semilla, modifique el proceso de fijación para reducir la diferencia en los coeficientes de expansión térmica entre el cristal semilla y el soporte de grafito durante el calentamiento, minimizando así la tensión interna en el monocristal de 4H-SiC. Un método común consiste en dejar un espacio de 2 mm entre el cristal semilla y el soporte de grafito.

4. Modificar el proceso de recocido del cristal mediante un recocido con enfriamiento en horno. Ajustar la temperatura y la duración del recocido para liberar completamente las tensiones internas del cristal.

De cara al futuro, la tecnología de preparación de monocristales de carburo de silicio (SiC) de alta calidad se desarrollará en varias direcciones clave:

1. Aumento del tamaño de las obleas: El diámetro de los cristales de SiC ha pasado de milímetros a obleas actuales de 6, 8 e incluso 12 pulgadas. La preparación de cristales de SiC de mayor tamaño mejora la eficiencia de la producción, reduce los costos y satisface las demandas de los dispositivos de alta potencia.

2. Mejora de la calidad del cristal: Los cristales de SiC de alta calidad son cruciales para los dispositivos de alto rendimiento. Si bien se han logrado avances significativos, persisten defectos como microporos, dislocaciones e impurezas, que afectan el rendimiento y la fiabilidad de los dispositivos.

3. Reducción de los costos de producción: El costo relativamente alto de la preparación de cristales de SiC limita su aplicación en ciertos campos. La reducción de costos se puede lograr optimizando los procesos de crecimiento, mejorando la eficiencia de la producción y disminuyendo los gastos en materia prima.

4. Implementación de la fabricación inteligente: Gracias a los avances en IA y macrodatos, la tecnología de crecimiento de cristales de SiC incorporará cada vez más inteligencia. El monitoreo y control en tiempo real mediante sensores y sistemas de control automatizados mejoran la estabilidad y la controlabilidad del proceso. Al mismo tiempo, el análisis de macrodatos optimiza los datos de crecimiento, mejorando así la calidad del cristal y la eficiencia de la producción.

La tecnología de preparación de monocristales de carburo de silicio de alta calidad es uno de los temas más relevantes en la investigación de materiales semiconductores. Gracias al continuo avance tecnológico, la tecnología de crecimiento de cristales de carburo de silicio seguirá desarrollándose y perfeccionándose, sentando así una base más sólida para su aplicación en campos que requieren alta temperatura, alta frecuencia, alta potencia, entre otros.