Mis on ränikarbiidist (SiC) kristallide kasvuahi?

SiCSellel on suur keelutsoon, kõrge soojusjuhtivus, kõrge kriitilise läbilöögivälja tugevus ja kõrge elektronide küllastuse triivikiirus. See vastab rakendusnõuetele kõrge temperatuuri, kõrge rõhu, kõrge sageduse ja suure võimsusega tingimustes. Seda saab laialdaselt kasutada uutes energiaallikates, fotogalvaanikas, tööstusjuhtimises, raadiosageduslikus sides ja muudes valdkondades. Seotud tööstusharude kiire arenguga on ränikarbiidi esindatud kolmanda põlvkonna pooljuhtide turg loonud uusi võimalusi.

Kristallikasvatamine on ränikarbiidi substraadi tootmise põhilüli ja põhiseadmeks on kristallikasvatusahi. Sarnaselt traditsiooniliste kristallilise räni kristallikasvatusahjudega pole ahju struktuur eriti keeruline. See koosneb peamiselt ahju korpusest, küttesüsteemist, mähise ülekandemehhanismist, vaakumi omandamise ja mõõtmise süsteemist, gaasikanali süsteemist, jahutussüsteemist, juhtimissüsteemist jne. Soojusväli ja protsessitingimused määravad ränikarbiidi kristallide kvaliteedi, suuruse, juhtivuse ja muude oluliste näitajate põhinäitajad.

II. Ränikarbiidi kristallide kasvutehnoloogia raskused

Ränikarbiidi kristallide kasvu temperatuur on väga kõrge ja seda ei saa jälgida, seega seisneb peamine raskus protsessis endas:

(1)Termilise välja juhtimise raskusedSuletud kõrgtemperatuurilise õõnsuse jälgimine on keeruline ja kontrollimatu. Erinevalt traditsioonilisest ränipõhisest lahustõmbega kristallikasvatusseadmest, millel on kõrge automatiseerituse aste ning kristallikasvuprotsessi saab jälgida, juhtida ja reguleerida, kasvavad ränikarbiidi kristallid suletud ruumis kõrgtemperatuuril üle 2000 °C ning kasvutemperatuuri tuleb tootmise ajal täpselt reguleerida, mis muudab temperatuuri reguleerimise keeruliseks.

(2)Kristallvormi kontrollimise raskusedMikrotorud, polümorfsed sulendid, dislokatsioonid ja muud defektid on kasvuprotsessi käigus kergesti tekkivad ning need mõjutavad ja arendavad üksteist. Mikrotorud (MP) on läbivad defektid, mille suurus on mitu mikronit kuni kümneid mikroneid ja mis on seadmete tapjadefektid. Ränikarbiidi monokristallid hõlmavad enam kui 200 erinevat kristallivormi, kuid ainult vähesed kristallstruktuurid (4H tüüp) on tootmiseks vajalikud pooljuhtmaterjalid. Kasvuprotsessi käigus on kristallivormi muutumine altid, mille tulemuseks on polümorfsed inklusioonidefektid. Seetõttu on vaja täpselt kontrollida selliseid parameetreid nagu räni-süsiniku suhe, kasvutemperatuuri gradient, kristalli kasvukiirus ja gaasivoolu rõhk.

Lisaks on ränikarbiidi monokristalli kasvu termilises väljas temperatuurigradient, mis põhjustab kristalli kasvuprotsessi ajal natiivset sisepinget ja sellest tulenevaid dislokatsioone (põhitasandi dislokatsioon BPD, kruvi dislokatsioon TSD, serva dislokatsioon TED), mõjutades seeläbi järgneva epitaksia ja seadmete kvaliteeti ja jõudlust.

(3)Raske dopingukontrollSuunatud legeerimisega juhtiva kristalli saamiseks tuleb rangelt kontrollida väliste lisandite sissetoomist;

(4)Aeglane kasvumäärRänikarbiidi kasvukiirus on väga aeglane. TraditsioonilineränimaterjalidKristallvardaks kasvamiseks kulub vaid 3 päeva, samas kui ränikarbiidist kristallvardad vajavad 7 päeva. See viib ränikarbiidi tootmise loomulikult madalama efektiivsuseni ja väga piiratud toodanguni.

Teisest küljest on ränikarbiidi epitaksiaalse kasvu parameetrid äärmiselt nõudlikud, sealhulgas seadmete õhutihedus, gaasirõhu stabiilsus reaktsioonikambris, gaasi sisestamise aja täpne reguleerimine, gaasi suhte täpsus ja sadestamistemperatuuri range reguleerimine. Eelkõige on seadme taluvuspinge taseme paranemisega epitaksiaalse vahvli põhiparameetrite reguleerimise raskus märkimisväärselt suurenenud.

Lisaks on epitaksiaalse kihi paksuse suurenemisega muutunud suureks väljakutseks takistuse ühtluse reguleerimine ja defektide tiheduse vähendamine, tagades samal ajal paksuse. Elektrifitseeritud juhtimissüsteemis on vaja integreerida ülitäpseid andureid ja ajameid, et tagada erinevate parameetrite täpne ja stabiilne reguleerimine. Samal ajal on oluline ka juhtimisalgoritmi optimeerimine. See peab suutma juhtimisstrateegiat reaalajas tagasiside signaali järgi kohandada, et kohaneda erinevate muutustega.ränikarbiidi epitaksiaalne kasvprotsess.

II. Peamised raskused ränikarbiidist aluspindade valmistamisel:

1. Kasvutemperatuur on üle 2000 ℃, mis on kaks korda kõrgem kui räni oma.

2. Kristallvarda paksus on kristalli kasvuperioodil väike ja 2 cm ränikarbiidist kristallvarda kasvab 7 päevaga.

3. Kristallitüübi nõuded on kõrged ja kristallstruktuuriga monokristallilisi ränikarbiide on vaid üksikud.

4. Lõikekulumine on suur ja ränikarbiidil on äärmiselt kõrge kõvadus.

Kokkuvõttes määravad kallid ajakulud ja keerukas töötlemistehnoloogia ränikarbiidist aluspindade kõrge hinna, mis piirab ränikarbiidi kasutamist.

III. Kristallkasvuahjude klassifikatsioon

Erinevate kuumutusmeetodite kohaselt saab kristallikasvuahjud jagada induktsioon- ja takistusahjudeks. Praegu on enamik turul olevatest seadmetest induktsioonahjud, mille eelised on madal hind, lihtne konstruktsioon, mugav hooldus ja kõrge termiline efektiivsus. Elektromagnetilise induktsiooni efekti tõttu on induktsioonkuumutuse aksiaalne temperatuur ja radiaalne temperatuur omavahel seotud ning kristallikasvu kiirust ja kvaliteeti ei ole võimalik arvesse võtta.

Takistuse termilise välja kasvuplatvorm suudab täpselt reguleerida vastavalt aksiaalset ja radiaalset temperatuuri, mis soodustab suurte kristallide kasvu ja parandab kristallide kasvukiirust. See on üks lahendusi tulevaseks kvaliteetseks 8-tolliseks ränikarbiidist kristallide kasvuks.

Induktsioonimeetodi ja takistusmeetodi võrdlus: