સી.આઈ.સી.તેમાં મોટા બેન્ડગેપ, ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા, ઉચ્ચ ક્રિટિકલ બ્રેકડાઉન ફિલ્ડ સ્ટ્રેન્થ અને ઉચ્ચ ઇલેક્ટ્રોન સેચ્યુરેશન ડ્રિફ્ટ રેટની લાક્ષણિકતાઓ છે. તે ઉચ્ચ તાપમાન, ઉચ્ચ દબાણ, ઉચ્ચ આવર્તન અને ઉચ્ચ પાવર પરિસ્થિતિઓમાં એપ્લિકેશન આવશ્યકતાઓને પૂર્ણ કરી શકે છે. તેનો ઉપયોગ નવા ઉર્જા વાહનો, ફોટોવોલ્ટેઇક્સ, ઔદ્યોગિક નિયંત્રણ, રેડિયો ફ્રીક્વન્સી કોમ્યુનિકેશન અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે થઈ શકે છે. સંબંધિત ઉદ્યોગોના ઝડપી વિકાસ સાથે, સિલિકોન કાર્બાઇડ દ્વારા રજૂ કરાયેલ ત્રીજી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર બજારે નવી તકોનો પ્રારંભ કર્યો છે.
સ્ફટિક વૃદ્ધિ એ સિલિકોન કાર્બાઇડ સબસ્ટ્રેટ ઉત્પાદનની મુખ્ય કડી છે, અને મુખ્ય સાધનો સ્ફટિક વૃદ્ધિ ભઠ્ઠી છે. પરંપરાગત સ્ફટિકીય સિલિકોન-ગ્રેડ સ્ફટિક વૃદ્ધિ ભઠ્ઠીઓની જેમ, ભઠ્ઠીનું માળખું ખૂબ જટિલ નથી. તે મુખ્યત્વે ફર્નેસ બોડી, હીટિંગ સિસ્ટમ, કોઇલ ટ્રાન્સમિશન મિકેનિઝમ, વેક્યુમ એક્વિઝિશન અને માપન સિસ્ટમ, ગેસ પાથ સિસ્ટમ, કૂલિંગ સિસ્ટમ, કંટ્રોલ સિસ્ટમ વગેરેથી બનેલું છે. થર્મલ ક્ષેત્ર અને પ્રક્રિયાની સ્થિતિ સિલિકોન કાર્બાઇડ ક્રિસ્ટલ ગુણવત્તા, કદ, વાહકતા અને અન્ય મુખ્ય સૂચકાંકોના મુખ્ય સૂચકાંકો નક્કી કરે છે.
Ⅰ. સિલિકોન કાર્બાઇડ ક્રિસ્ટલ ગ્રોથ ટેકનોલોજીમાં મુશ્કેલીઓ
સિલિકોન કાર્બાઇડ સ્ફટિક વૃદ્ધિનું તાપમાન ખૂબ ઊંચું છે અને તેનું નિરીક્ષણ કરી શકાતું નથી, તેથી મુખ્ય મુશ્કેલી પ્રક્રિયામાં જ રહેલી છે:
(૧)થર્મલ ક્ષેત્રને નિયંત્રિત કરવામાં મુશ્કેલી: બંધ ઉચ્ચ-તાપમાન પોલાણનું નિરીક્ષણ કરવું મુશ્કેલ અને અનિયંત્રિત છે. પરંપરાગત સિલિકોન-આધારિત સોલ્યુશન-ખેંચાયેલા સ્ફટિક વૃદ્ધિ ઉપકરણોથી વિપરીત, જેમાં ઉચ્ચ ડિગ્રી ઓટોમેશન હોય છે અને સ્ફટિક વૃદ્ધિ પ્રક્રિયાનું અવલોકન, નિયંત્રણ અને ગોઠવણ કરી શકાય છે, સિલિકોન કાર્બાઇડ સ્ફટિકો 2,000°C થી ઉપરના ઉચ્ચ-તાપમાન વાતાવરણમાં બંધ જગ્યામાં ઉગે છે, અને ઉત્પાદન દરમિયાન વૃદ્ધિ તાપમાનને ચોક્કસ રીતે નિયંત્રિત કરવાની જરૂર છે, જે તાપમાન નિયંત્રણ મુશ્કેલ બનાવે છે;
(૨)સ્ફટિક સ્વરૂપને નિયંત્રિત કરવામાં મુશ્કેલી: વૃદ્ધિ પ્રક્રિયા દરમિયાન માઇક્રોપાઇપ્સ, પોલીમોર્ફિક સમાવેશ, ડિસલોકેશન અને અન્ય ખામીઓ થવાની સંભાવના હોય છે, અને તે એકબીજાને અસર કરે છે અને વિકસિત થાય છે. માઇક્રોપાઇપ્સ (MP) એ થ્રુ-ટાઇપ ખામીઓ છે જે ઘણા માઇક્રોનથી દસ માઇક્રોન સુધીના કદ ધરાવે છે, જે ઉપકરણોની હત્યારા ખામીઓ છે. સિલિકોન કાર્બાઇડ સિંગલ સ્ફટિકોમાં 200 થી વધુ વિવિધ સ્ફટિક સ્વરૂપોનો સમાવેશ થાય છે, પરંતુ ફક્ત થોડા સ્ફટિક માળખાં (4H પ્રકાર) ઉત્પાદન માટે જરૂરી સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રી છે. વૃદ્ધિ પ્રક્રિયા દરમિયાન સ્ફટિક સ્વરૂપ પરિવર્તન થવાની સંભાવના હોય છે, જેના પરિણામે બહુરૂપી સમાવેશ ખામીઓ થાય છે. તેથી, સિલિકોન-કાર્બન ગુણોત્તર, વૃદ્ધિ તાપમાન ઢાળ, સ્ફટિક વૃદ્ધિ દર અને ગેસ પ્રવાહ દબાણ જેવા પરિમાણોને ચોક્કસ રીતે નિયંત્રિત કરવા જરૂરી છે.
વધુમાં, સિલિકોન કાર્બાઇડ સિંગલ ક્રિસ્ટલ ગ્રોથના થર્મલ ફિલ્ડમાં તાપમાન ગ્રેડિયન્ટ હોય છે, જે ક્રિસ્ટલ ગ્રોથ પ્રક્રિયા દરમિયાન મૂળ આંતરિક તણાવ અને પરિણામે ડિસલોકેશન (બેઝલ પ્લેન ડિસલોકેશન BPD, સ્ક્રુ ડિસલોકેશન TSD, એજ ડિસલોકેશન TED) તરફ દોરી જાય છે, જેનાથી અનુગામી એપિટાક્સી અને ઉપકરણોની ગુણવત્તા અને કામગીરી પર અસર પડે છે.
(૩)મુશ્કેલ ડોપિંગ નિયંત્રણ: દિશાત્મક ડોપિંગ સાથે વાહક સ્ફટિક મેળવવા માટે બાહ્ય અશુદ્ધિઓના પ્રવેશને સખત રીતે નિયંત્રિત કરવો આવશ્યક છે;
(૪)ધીમો વિકાસ દર: સિલિકોન કાર્બાઇડનો વિકાસ દર ખૂબ જ ધીમો છે. પરંપરાગતસિલિકોન સામગ્રીસ્ફટિક સળિયામાં વિકાસ પામવા માટે ફક્ત 3 દિવસની જરૂર પડે છે, જ્યારે સિલિકોન કાર્બાઇડ સ્ફટિક સળિયાને 7 દિવસની જરૂર પડે છે. આનાથી સિલિકોન કાર્બાઇડની ઉત્પાદન કાર્યક્ષમતા કુદરતી રીતે ઓછી થાય છે અને ઉત્પાદન ખૂબ જ મર્યાદિત બને છે.
બીજી બાજુ, સિલિકોન કાર્બાઇડ એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિના પરિમાણો અત્યંત માંગણીકારક છે, જેમાં સાધનોની હવાચુસ્તતા, પ્રતિક્રિયા ચેમ્બરમાં ગેસ દબાણની સ્થિરતા, ગેસ પરિચય સમયનું ચોક્કસ નિયંત્રણ, ગેસ ગુણોત્તરની ચોકસાઈ અને ડિપોઝિશન તાપમાનનું કડક સંચાલન શામેલ છે. ખાસ કરીને, ઉપકરણના પ્રતિકાર વોલ્ટેજ સ્તરમાં સુધારા સાથે, એપિટેક્સિયલ વેફરના મુખ્ય પરિમાણોને નિયંત્રિત કરવામાં મુશ્કેલી નોંધપાત્ર રીતે વધી છે.
વધુમાં, એપિટેક્સિયલ સ્તરની જાડાઈમાં વધારો થવા સાથે, પ્રતિકારકતાની એકરૂપતાને કેવી રીતે નિયંત્રિત કરવી અને જાડાઈ સુનિશ્ચિત કરતી વખતે ખામીની ઘનતા કેવી રીતે ઘટાડવી તે બીજો મોટો પડકાર બની ગયો છે. ઇલેક્ટ્રિફાઇડ કંટ્રોલ સિસ્ટમમાં, વિવિધ પરિમાણોને સચોટ અને સ્થિર રીતે નિયંત્રિત કરી શકાય તે સુનિશ્ચિત કરવા માટે ઉચ્ચ-ચોકસાઇ સેન્સર અને એક્ટ્યુએટર્સને એકીકૃત કરવા જરૂરી છે. તે જ સમયે, નિયંત્રણ અલ્ગોરિધમનું ઑપ્ટિમાઇઝેશન પણ મહત્વપૂર્ણ છે. વિવિધ ફેરફારોને અનુકૂલન કરવા માટે પ્રતિસાદ સંકેત અનુસાર વાસ્તવિક સમયમાં નિયંત્રણ વ્યૂહરચનાને સમાયોજિત કરવામાં સક્ષમ હોવું જરૂરી છે.સિલિકોન કાર્બાઇડ એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિપ્રક્રિયા.
Ⅱ. સિલિકોન કાર્બાઇડ સબસ્ટ્રેટના ઉત્પાદનમાં મુખ્ય મુશ્કેલીઓ:
1. વૃદ્ધિનું તાપમાન 2000℃ થી ઉપર છે, જે સિલિકોન કરતા બમણું વધારે છે.
2. સ્ફટિક વૃદ્ધિના સમયગાળા દરમિયાન સ્ફટિક સળિયાની જાડાઈ ઓછી હોય છે, અને 2 સેમી સિલિકોન કાર્બાઇડ સ્ફટિક સળિયા 7 દિવસમાં વધે છે.
3. સ્ફટિક પ્રકારની જરૂરિયાતો ઊંચી છે, અને સ્ફટિક માળખાવાળા માત્ર થોડા સિંગલ-સ્ફટિક સિલિકોન કાર્બાઇડ છે.
4. કટીંગ ઘસારો વધારે છે, અને સિલિકોન કાર્બાઇડમાં અત્યંત ઊંચી કઠિનતા છે.
સારાંશમાં, ખર્ચાળ સમય ખર્ચ અને જટિલ પ્રક્રિયા તકનીક સિલિકોન કાર્બાઇડ સબસ્ટ્રેટની ઊંચી કિંમત નક્કી કરે છે, જે સિલિકોન કાર્બાઇડના ઉપયોગને મર્યાદિત કરે છે.
III. સ્ફટિક વૃદ્ધિ ભઠ્ઠીઓનું વર્ગીકરણ
વિવિધ ગરમી પદ્ધતિઓ અનુસાર, સ્ફટિક વૃદ્ધિ ભઠ્ઠીઓને ઇન્ડક્શન પ્રકાર અને પ્રતિકાર પ્રકારમાં વિભાજિત કરી શકાય છે. હાલમાં, બજારમાં મોટાભાગના સાધનો ઇન્ડક્શન પ્રકારના છે, જેમાં ઓછી કિંમત, સરળ માળખું, અનુકૂળ જાળવણી અને ઉચ્ચ થર્મલ કાર્યક્ષમતાના ફાયદા છે. જો કે, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શન અસરને કારણે, ઇન્ડક્શન હીટિંગનું અક્ષીય તાપમાન અને રેડિયલ તાપમાન જોડાયેલું છે, અને સ્ફટિક વૃદ્ધિ ગતિ અને સ્ફટિક વૃદ્ધિ ગુણવત્તા બંનેને ધ્યાનમાં લેવું અશક્ય છે.
પ્રતિકારક થર્મલ ફિલ્ડ ગ્રોથ પ્લેટફોર્મ અનુક્રમે અક્ષીય તાપમાન અને રેડિયલ તાપમાનને સચોટ રીતે નિયંત્રિત કરી શકે છે, જે મોટા કદના સ્ફટિકોના વિકાસ માટે અનુકૂળ છે અને સ્ફટિક વૃદ્ધિ દરમાં સુધારો કરે છે. તે ભવિષ્યના ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા 8-ઇંચ સિલિકોન કાર્બાઇડ સ્ફટિક વૃદ્ધિ માટેના ઉકેલોમાંનો એક છે.
ઇન્ડક્શન પદ્ધતિ અને પ્રતિકાર પદ્ધતિ વચ્ચે સરખામણી:
| ઇન્ડક્શન પદ્ધતિ | પ્રતિકાર પદ્ધતિ | |
| કાર્ય સિદ્ધાંત | ઇન્ડક્શન હીટિંગ એ ગરમીની સારવાર પદ્ધતિ છે જે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહના ચુંબકીય પ્રભાવનો ઉપયોગ કરીને વર્કપીસના સપાટીના સ્તર પર પ્રેરિત પ્રવાહની પ્રમાણમાં ઊંચી ઘનતા બનાવે છે, તેને ઝડપથી ઓસ્ટેનાઇટ સ્થિતિમાં ગરમ કરે છે, અને પછી માર્ટેન્સિટિક માળખું મેળવવા માટે તેને ઝડપથી ઠંડુ કરે છે. | પ્રતિકાર ગરમી વાહકમાંથી પસાર થતા પ્રવાહ દ્વારા ઉત્પન્ન થતી જુલ ગરમીનો ઉપયોગ ગરમીના સ્ત્રોત તરીકે કરે છે. તેને બે શ્રેણીઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: પરોક્ષ પ્રતિકાર ગરમી (ઇલેક્ટ્રિક ગરમી તત્વ અથવા વાહક માધ્યમ) અને પ્રત્યક્ષ પ્રતિકાર ગરમી. |
| તાપમાન નિયંત્રણ | ઇન્ડક્શન પદ્ધતિ ક્રુસિબલની બહાર ઇન્ડક્શન કોઇલ દ્વારા આંતરિક ચુંબકીય ક્ષેત્રને ગરમ કરે છે. ગરમીની ગતિ ઝડપી છે, પરંતુ ઇન્ડક્શન કોઇલ અને ક્રુસિબલ વચ્ચેનું અંતર ઘણું છે, રેડિયેશન ક્ષેત્ર વિખેરાયેલું છે, અને આડી દિશામાં ક્રુસિબલ સપાટીની ગરમી ઉત્પન્ન થવાને ચોક્કસ રીતે નિયંત્રિત કરવું મુશ્કેલ છે. | પ્રતિકાર પદ્ધતિ એક અલગ હીટર સેટ કરે છે, જે ક્રુસિબલની નજીક હોય છે. હીટરને સમાયોજિત કરીને, ક્રુસિબલ સપાટીનું તાપમાન વધુ સચોટ રીતે નિયંત્રિત કરી શકાય છે. |
| મોટા કદના સ્ફટિક વૃદ્ધિ | ઇન્ડક્શન પદ્ધતિ થર્મલ ફિલ્ડ સ્ટ્રક્ચરમાં બહુવિધ હીટિંગ કોઇલ ઉમેરતી વખતે, ચુંબકીય ક્ષેત્રો એકબીજા સાથે ક્રોસ-ઇન્ટરફર કરી શકે છે, પરિણામે ચુંબકીય ક્ષેત્ર અને ગરમી ડિઝાઇન હેતુ અનુસાર સરળતાથી વિતરિત થતી નથી, જે હીટિંગ અસર અને સ્ફટિક વૃદ્ધિને અસર કરે છે. | પ્રતિકારક ગરમી સ્ફટિક વૃદ્ધિ સાધનો માટે મલ્ટી-સ્ટેજ સ્વતંત્ર નિયંત્રણ ગરમી પ્રણાલી ડિઝાઇન કરવી સરળ છે, અને સાધનોનો રેડિયલ ગ્રેડિયન્ટ પોતે નાનો છે, જે મોટા કદના સ્ફટિક વૃદ્ધિની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરી શકે છે. |
| સ્ફટિક વૃદ્ધિ ચક્ર | ઇન્ડક્શન પદ્ધતિમાં સ્ફટિક વૃદ્ધિમાં લગભગ 10 દિવસ લાગે છે, એનેલીંગમાં 10-15 દિવસ લાગે છે, અને એકંદર વૃદ્ધિ ચક્ર 20-25 દિવસનું હોય છે. | સ્ફટિક વૃદ્ધિ ચક્ર લગભગ 5-7 દિવસનું હોય છે, અને તેને આપમેળે એનિલ કરી શકાય છે, અને પાવર નિષ્ફળતા પછી તાપમાન ધીમે ધીમે ઘટે છે. |
| ઉર્જા વપરાશ | પ્રતિકાર પદ્ધતિનો ઉર્જા વપરાશ ઇન્ડક્શન પદ્ધતિ કરતા 2-3 ગણો વધારે છે. | |
| ઉપજ સ્તર | પ્રતિકાર પદ્ધતિ ક્રિસ્ટલ ગ્રોથ ફર્નેસ દ્વારા ઉગાડવામાં આવતા સ્ફટિકોની ઉપજ ઇન્ડક્શન પદ્ધતિ ક્રિસ્ટલ ગ્રોથ ફર્નેસની તુલનામાં ઘણી વધારે છે. | |
પોસ્ટ સમય: જૂન-24-2025