Mikä on piikarbidi (SiC) -kiteenkasvatusuuni?

piikarbidiSillä on laaja kaistanleveys, korkea lämmönjohtavuus, korkea kriittisen läpilyöntikentän voimakkuus ja korkea elektronien kyllästymisnopeus. Se täyttää sovellusvaatimukset korkeissa lämpötiloissa, paineissa, korkeilla taajuuksilla ja suuritehoisissa olosuhteissa. Sitä voidaan käyttää laajalti uusissa energialähteissä, aurinkosähkössä, teollisuuden ohjauksessa, radiotaajuusviestinnässä ja muilla aloilla. Liittyvien teollisuudenalojen nopean kehityksen myötä piikarbidin edustamat kolmannen sukupolven puolijohdemarkkinat ovat luoneet uusia mahdollisuuksia.

Kiteenkasvatus on piikarbidisubstraatin tuotannon ydinosa, ja ydinlaitteistona toimii kiteenkasvatusuuni. Perinteisten kiteisen piilaadun kiteenkasvatusuunien tavoin uunin rakenne ei ole kovin monimutkainen. Se koostuu pääasiassa uunin rungosta, lämmitysjärjestelmästä, kelan siirtomekanismista, tyhjiön hankinta- ja mittausjärjestelmästä, kaasun kulkujärjestelmästä, jäähdytysjärjestelmästä, ohjausjärjestelmästä jne. Lämpökenttä ja prosessiolosuhteet määräävät piikarbidikiteen laadun, koon, johtavuuden ja muiden keskeisten indikaattoreiden keskeiset indikaattorit.

Ⅰ. Piikarbidikiteiden kasvatustekniikan vaikeudet

Piikarbidikiteiden kasvun lämpötila on erittäin korkea eikä sitä voida seurata, joten suurin vaikeus on itse prosessissa:

(1)Lämpökentän hallinnan vaikeusSuljetun korkean lämpötilan ontelon valvonta on vaikeaa ja hallitsematonta. Toisin kuin perinteisessä piipohjaisessa liuosvetoisessa kiteenkasvatuslaitteistossa, jossa on korkea automaatioaste ja kiteenkasvuprosessia voidaan tarkkailla, ohjata ja säätää, piikarbidikiteet kasvavat suljetussa tilassa yli 2 000 °C:n lämpötilassa, ja kasvulämpötilaa on säädettävä tarkasti tuotannon aikana, mikä tekee lämpötilan hallinnasta vaikeaa.

(2)Vaikeus hallita kidemuotoaMikroputket, polymorfiset sulkeumat, dislokaatiot ja muut viat ovat alttiita kasvuprosessin aikana esiintymään, ja ne vaikuttavat toisiinsa ja kehittävät toisiaan. Mikroputket (MP) ovat läpivirtaustyyppisiä vikoja, joiden koko on useista mikroneista kymmeniin mikroneihin ja jotka ovat laitteiden tappajavikoja. Piikarbidi-yksittäiskiteet sisältävät yli 200 erilaista kidemuotoa, mutta vain muutamia kiderakenteita (4H-tyyppi) ovat puolijohdemateriaaleja, joita tarvitaan tuotannossa. Kiteen muodonmuutos on altis kasvuprosessin aikana, mikä johtaa polymorfisiin inkluusiovirheisiin. Siksi on tarpeen hallita tarkasti parametreja, kuten pii-hiilisuhdetta, kasvulämpötilagradienttia, kiteen kasvunopeutta ja kaasun virtauspainetta.

Lisäksi piikarbidin yksittäiskiteen kasvun lämpökentässä on lämpötilagradientti, joka johtaa natiiviin sisäiseen jännitykseen ja siitä johtuviin dislokaatioihin (pohjatason dislokaatio BPD, ruuvin dislokaatio TSD, reunan dislokaatio TED) kiteen kasvuprosessin aikana ja siten vaikuttaa myöhempien epitaksioiden ja laitteiden laatuun ja suorituskykyyn.

(3)Vaikea dopingvalvontaUlkoisten epäpuhtauksien lisäämistä on valvottava tarkasti, jotta saadaan johtava kide, jossa on suuntadoping;

(4)Hidas kasvuvauhtiPiikarbidin kasvuvauhti on hyvin hidas. PerinteinenpiimateriaalitTarvitaan vain 3 päivää kasvaakseen kidetangoksi, kun taas piikarbidikiteiset sauvat tarvitsevat 7 päivää. Tämä johtaa luonnollisesti alhaisempaan piikarbidin tuotantotehokkuuteen ja erittäin rajalliseen tuotantoon.

Toisaalta piikarbidin epitaksiaalisen kasvun parametrit ovat erittäin vaativia, mukaan lukien laitteen ilmatiiviys, reaktiokammion kaasunpaineen vakaus, kaasun syöttöajan tarkka hallinta, kaasusuhteen tarkkuus ja laskeumalämpötilan tarkka hallinta. Erityisesti laitteen kestävyysjännitetason parantumisen myötä epitaksiaalisen kiekon ydinparametrien hallinnan vaikeus on lisääntynyt merkittävästi.

Lisäksi epitaksiaalisen kerroksen paksuuden kasvaessa resistiivisyyden tasaisuuden hallinta ja vikatiheyden vähentäminen samalla, kun varmistetaan paksuus, on tullut toiseksi merkittäväksi haasteeksi. Sähköistetyssä ohjausjärjestelmässä on integroitava tarkkoja antureita ja toimilaitteita sen varmistamiseksi, että eri parametreja voidaan säätää tarkasti ja vakaasti. Samalla on myös ohjausalgoritmin optimointi ratkaisevan tärkeää. Sen on kyettävä säätämään ohjausstrategiaa reaaliajassa takaisinkytkentäsignaalin mukaan sopeutuakseen erilaisiin muutoksiin.piikarbidin epitaksiaalinen kasvukäsitellä.

II. Piikarbidisubstraattien valmistuksen pääasialliset vaikeudet:

1. Kasvulämpötila on yli 2000 ℃, mikä on kaksi kertaa korkeampi kuin piin.

2. Kiteen kasvuvaiheessa kristallitangon paksuus on pieni, ja 2 cm:n piikarbidikristallisauva kasvaa 7 päivässä.

3. Kitetyyppivaatimukset ovat korkeat, ja vain muutamia yksittäiskiteisiä piikarbideja, joilla on kiderakenne, on saatavilla.

4. Leikkauskuluminen on korkeaa ja piikarbidilla on erittäin korkea kovuus.

Yhteenvetona voidaan todeta, että kallis aikakustannus ja monimutkainen prosessointitekniikka määräävät piikarbidisubstraattien korkeat kustannukset, mikä rajoittaa piikarbidin käyttöä.

III. Kiteenkasvatusuunien luokittelu

Erilaisten lämmitysmenetelmien mukaan kiteenkasvatusuunit voidaan jakaa induktio- ja vastususuuneihin. Tällä hetkellä markkinoilla olevat laitteet ovat pääasiassa induktiotyyppisiä, ja niiden etuna on edullinen hinta, yksinkertainen rakenne, kätevä huolto ja korkea lämpötehokkuus. Sähkömagneettisen induktiovaikutuksen vuoksi induktiolämmityksen aksiaalinen ja radiaalinen lämpötila ovat kuitenkin kytköksissä toisiinsa, eikä ole mahdollista ottaa huomioon sekä kiteenkasvunopeutta että kiteenkasvun laatua.

Vastuslämpökentän kasvualusta pystyy tarkasti säätämään aksiaalista ja radiaalista lämpötilaa, mikä edistää suurten kiteiden kasvua ja parantaa kiteiden kasvunopeutta. Se on yksi ratkaisuista tulevaisuuden korkealaatuiseen 8-tuumaiseen piikarbidikiteiden kasvuun.

Induktiomenetelmän ja vastusmenetelmän vertailu: