SiCTen as características de banda prohibida ampla, alta condutividade térmica, alta intensidade de campo de ruptura crítica e alta taxa de deriva de saturación de electróns. Pode cumprir os requisitos da aplicación en condicións de alta temperatura, alta presión, alta frecuencia e alta potencia. Pode ser amplamente utilizado en vehículos de novas enerxías, fotovoltaica, control industrial, comunicacións por radiofrecuencia e outros campos. Co rápido desenvolvemento de industrias relacionadas, o mercado de semicondutores de terceira xeración representado polo carburo de silicio abriu o camiño a novas oportunidades.
O crecemento cristalino é o elo central da produción de substratos de carburo de silicio, e o equipo central é o forno de crecemento cristalino. De xeito similar aos fornos tradicionais de crecemento cristalino de grao silicio, a estrutura do forno non é moi complicada. Está composta principalmente polo corpo do forno, o sistema de calefacción, o mecanismo de transmisión da bobina, o sistema de adquisición e medición do baleiro, o sistema de ruta de gas, o sistema de refrixeración, o sistema de control, etc. O campo térmico e as condicións do proceso determinan os indicadores clave da calidade, tamaño, condutividade e outros indicadores clave do cristal de carburo de silicio.
Ⅰ. Dificultades na tecnoloxía de crecemento de cristais de carburo de silicio
A temperatura de crecemento dos cristais de carburo de silicio é moi alta e non se pode monitorizar, polo que a principal dificultade reside no propio proceso:
(1)Dificultade para controlar o campo térmicoA monitorización da cavidade pechada a alta temperatura é difícil e incontrolable. A diferenza dos equipos tradicionais de crecemento de cristais de tracción en solución baseados en silicio, que teñen un alto grao de automatización e o proceso de crecemento do cristal pode ser observado, controlado e axustado, os cristais de carburo de silicio medran nun espazo pechado nun ambiente de alta temperatura por riba dos 2.000 °C, e a temperatura de crecemento debe controlarse con precisión durante a produción, o que dificulta o control da temperatura;
(2)Dificultade para controlar a forma cristalinaAs microtubacións, as inclusións polimórficas, as dislocacións e outros defectos son propensos a ocorrer durante o proceso de crecemento, e aféctanse e evolucionan mutuamente. As microtubacións (MP) son defectos de tipo pasante cun tamaño de varias micras a decenas de micras, que son defectos mortais dos dispositivos. Os monocristais de carburo de silicio inclúen máis de 200 formas cristalinas diferentes, pero só unhas poucas estruturas cristalinas (Tipo 4H) son os materiais semicondutores necesarios para a produción. A transformación da forma cristalina é propensa a producirse durante o proceso de crecemento, o que resulta en defectos de inclusión polimórfica. Polo tanto, é necesario controlar con precisión parámetros como a proporción silicio-carbono, o gradiente de temperatura de crecemento, a taxa de crecemento do cristal e a presión do fluxo de gas.
Ademais, existe un gradiente de temperatura no campo térmico do crecemento do monocristal de carburo de silicio, o que leva a unha tensión interna nativa e ás dislocacións resultantes (dislocación do plano basal BPD, dislocación do parafuso TSD, dislocación do bordo TED) durante o proceso de crecemento do cristal, o que afecta á calidade e ao rendemento da epitaxia e dos dispositivos posteriores.
(3)Control de dopaxe difícilA introdución de impurezas externas debe ser estritamente controlada para obter un cristal condutor con dopaxe direccional;
(4)taxa de crecemento lentaA taxa de crecemento do carburo de silicio é moi lenta. Tradicionalmateriais de siliciosó precisa 3 días para converterse nunha vara de cristal, mentres que as varas de cristal de carburo de silicio precisan 7 días. Isto leva a unha eficiencia de produción de carburo de silicio naturalmente menor e a unha produción moi limitada.
Por outra banda, os parámetros do crecemento epitaxial de carburo de silicio son extremadamente esixentes, incluíndo a hermeticidade do equipo, a estabilidade da presión do gas na cámara de reacción, o control preciso do tempo de introdución do gas, a precisión da proporción de gas e a xestión estrita da temperatura de deposición. En particular, coa mellora do nivel de tensión de resistencia do dispositivo, a dificultade de controlar os parámetros principais da oblea epitaxial aumentou significativamente.
Ademais, co aumento do grosor da capa epitaxial, o xeito de controlar a uniformidade da resistividade e reducir a densidade de defectos, garantindo ao mesmo tempo o grosor, converteuse noutro gran desafío. No sistema de control electrificado, é necesario integrar sensores e actuadores de alta precisión para garantir que se poidan regular con precisión e estabilidade varios parámetros. Ao mesmo tempo, a optimización do algoritmo de control tamén é crucial. Debe ser capaz de axustar a estratexia de control en tempo real segundo o sinal de retroalimentación para adaptarse a varios cambios nocrecemento epitaxial de carburo de silicioproceso.
Ⅱ. As principais dificultades na fabricación de substratos de carburo de silicio:
1. A temperatura de crecemento é superior a 2000 ℃, o dobre que a do silicio.
2. O grosor da vara de cristal é pequeno durante o período de crecemento do cristal e unha vara de cristal de carburo de silicio de 2 cm medra en 7 días.
3. Os requisitos do tipo de cristal son elevados e só hai uns poucos carburos de silicio monocristalinos con estruturas cristalinas.
4. O desgaste por corte é elevado e o carburo de silicio ten unha dureza extremadamente alta.
En resumo, o custo de tempo e a complexa tecnoloxía de procesamento determinan o alto custo dos substratos de carburo de silicio, o que limita a aplicación do carburo de silicio.
III. Clasificación dos fornos de crecemento de cristais
Segundo os diferentes métodos de quentamento, os fornos de crecemento de cristais pódense dividir en tipo de indución e tipo de resistencia. Na actualidade, a maioría dos equipos do mercado son de tipo de indución, que presentan as vantaxes dun baixo custo, unha estrutura sinxela, un mantemento cómodo e unha alta eficiencia térmica. Non obstante, debido ao efecto de indución electromagnética, a temperatura axial e a temperatura radial do quentamento por indución están acopladas, polo que é imposible ter en conta tanto a velocidade de crecemento do cristal como a calidade do mesmo.
A plataforma de crecemento de campo térmico de resistencia pode controlar con precisión a temperatura axial e a temperatura radial respectivamente, o que favorece o crecemento de cristais de gran tamaño e mellora a taxa de crecemento cristalino. É unha das solucións para o futuro crecemento de cristais de carburo de silicio de alta calidade de 8 polgadas.
Comparación entre o método de indución e o método de resistencia:
| Método de indución | Método de resistencia | |
| Principio de funcionamento | O quecemento por indución é un método de tratamento térmico que utiliza o efecto magnético da corrente eléctrica para crear unha densidade relativamente alta de corrente inducida na capa superficial da peza, quéntaa rapidamente ao estado de austenita e logo arrefríaa rapidamente para obter unha estrutura martensítica. | O quentamento por resistencia usa a calor por efecto de Joule xerada pola corrente que pasa polo condutor como fonte de calor. Pódese dividir en dúas categorías: quentamento por resistencia indirecta (elemento de quentamento eléctrico ou medio condutor) e quentamento por resistencia directa. |
| Control de temperatura | O método de indución quenta o campo magnético interno a través da bobina de indución fóra do crisol. A velocidade de quecemento é rápida, pero a distancia entre a bobina de indución e o crisol é longa, a área de radiación está dispersa e é difícil controlar con precisión a xeración de calor da superficie do crisol na dirección horizontal. | O método de resistencia establece un quentador separado, que está preto do crisol. Axustando o quentador, a temperatura da superficie do crisol pódese controlar con maior precisión. |
| Crecemento de cristais de gran tamaño | Ao engadir varias bobinas de quecemento á estrutura do campo térmico do método de indución, os campos magnéticos poden interferir entre si, o que fai que o campo magnético e a calor non se distribúan facilmente segundo o propósito do deseño, o que afecta o efecto de quecemento e o crecemento do cristal. | É máis doado deseñar un sistema de calefacción de control independente de varias etapas para equipos de crecemento de cristais de calefacción por resistencia, e o gradiente radial do propio equipo é pequeno, o que pode satisfacer as necesidades do crecemento de cristais de gran tamaño. |
| Ciclo de crecemento cristalino | O crecemento cristalino do método de indución leva uns 10 días, o recocido leva de 10 a 15 días e o ciclo de crecemento total é de 20 a 25 días. | O ciclo de crecemento do cristal é duns 5-7 días e pódese recocer automaticamente, e a temperatura baixa lentamente despois dun corte de enerxía. |
| Consumo de enerxía | O consumo de enerxía do método de resistencia é de 2 a 3 veces maior que o do método de indución. | |
| nivel de rendemento | O rendemento dos cristais cultivados polo forno de crecemento de cristais por método de resistencia mellora moito en comparación co forno de crecemento de cristais por método de indución | |
Data de publicación: 24 de xuño de 2025