सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल वृद्धि भट्टी की तकनीकी कठिनाइयाँ क्या हैं?

क्रिस्टल वृद्धि भट्टी मुख्य उपकरण हैसिलिकन कार्बाइडक्रिस्टल वृद्धि। यह पारंपरिक क्रिस्टलीय सिलिकॉन ग्रेड क्रिस्टल वृद्धि भट्टी के समान है। भट्टी की संरचना बहुत जटिल नहीं है। यह मुख्य रूप से भट्टी निकाय, तापन प्रणाली, कॉइल संचरण तंत्र, निर्वात अधिग्रहण और मापन प्रणाली, गैस पथ प्रणाली, शीतलन प्रणाली, नियंत्रण प्रणाली आदि से मिलकर बनी होती है। तापीय क्षेत्र और प्रक्रिया की स्थितियाँ क्रिस्टल वृद्धि के प्रमुख संकेतकों को निर्धारित करती हैं।सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टलजैसे गुणवत्ता, आकार, चालकता इत्यादि।

एक ओर, वृद्धि के दौरान तापमानसिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टलयह बहुत अधिक है और इसकी निगरानी नहीं की जा सकती। इसलिए, मुख्य कठिनाई प्रक्रिया में ही निहित है। मुख्य कठिनाइयाँ निम्नलिखित हैं:

(1) ऊष्मीय क्षेत्र नियंत्रण में कठिनाई:

बंद उच्च-तापमान गुहा की निगरानी कठिन और अनियंत्रित है। उच्च स्तर के स्वचालन और अवलोकन योग्य एवं नियंत्रणीय क्रिस्टल वृद्धि प्रक्रिया वाले पारंपरिक सिलिकॉन-आधारित समाधान प्रत्यक्ष-पुल क्रिस्टल वृद्धि उपकरण से भिन्न, सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल 2,000℃ से ऊपर के उच्च-तापमान वातावरण में एक बंद स्थान में बढ़ते हैं, और उत्पादन के दौरान वृद्धि तापमान को सटीक रूप से नियंत्रित करने की आवश्यकता होती है, जो तापमान नियंत्रण को कठिन बनाता है;

(2) क्रिस्टल रूप नियंत्रण में कठिनाई:

माइक्रो पाइप, बहुरूपी समावेशन, विस्थापन और अन्य दोष वृद्धि प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न हो सकते हैं, और ये एक दूसरे को प्रभावित करते हैं और विकसित करते हैं। माइक्रो पाइप (एमपी) कई माइक्रोन से लेकर दसियों माइक्रोन तक के आकार के आर-पार जाने वाले दोष होते हैं, जो उपकरणों के लिए घातक दोष हैं। सिलिकॉन कार्बाइड एकल क्रिस्टल में 200 से अधिक विभिन्न क्रिस्टल रूप होते हैं, लेकिन उत्पादन के लिए आवश्यक अर्धचालक सामग्री केवल कुछ क्रिस्टल संरचनाएं (4H प्रकार) ही हैं। वृद्धि प्रक्रिया के दौरान क्रिस्टल रूप परिवर्तन आसानी से हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप बहुरूपी समावेशन दोष उत्पन्न होते हैं। इसलिए, सिलिकॉन-कार्बन अनुपात, वृद्धि तापमान प्रवणता, क्रिस्टल वृद्धि दर और वायु प्रवाह दाब जैसे मापदंडों को सटीक रूप से नियंत्रित करना आवश्यक है। इसके अलावा, सिलिकॉन कार्बाइड एकल क्रिस्टल वृद्धि के तापीय क्षेत्र में तापमान प्रवणता होती है, जिससे क्रिस्टल वृद्धि प्रक्रिया के दौरान आंतरिक तनाव और परिणामस्वरूप विस्थापन (बेसल प्लेन विस्थापन बीपीडी, स्क्रू विस्थापन टीएसडी, एज विस्थापन टीईडी) उत्पन्न होते हैं, जिससे बाद के एपिटैक्सी और उपकरणों की गुणवत्ता और प्रदर्शन प्रभावित होता है।

(3) कठिन डोपिंग नियंत्रण:

दिशात्मक डोपिंग के साथ एक सुचालक क्रिस्टल प्राप्त करने के लिए बाहरी अशुद्धियों के प्रवेश को सख्ती से नियंत्रित किया जाना चाहिए;

(4) धीमी वृद्धि दर:

सिलिकॉन कार्बाइड की वृद्धि दर बहुत धीमी होती है। पारंपरिक सिलिकॉन पदार्थों को क्रिस्टलीय छड़ बनने में केवल 3 दिन लगते हैं, जबकि सिलिकॉन कार्बाइड की क्रिस्टलीय छड़ों को 7 दिन लगते हैं। इस कारण सिलिकॉन कार्बाइड की उत्पादन क्षमता स्वाभाविक रूप से कम होती है और इसका उत्पादन बहुत सीमित होता है।

दूसरी ओर, सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सियल वृद्धि के मापदंड अत्यंत जटिल हैं, जिनमें उपकरण की वायुरोधी क्षमता, अभिक्रिया कक्ष में गैस दाब की स्थिरता, गैस प्रवेश समय का सटीक नियंत्रण, गैस अनुपात की शुद्धता और निक्षेपण तापमान का सख्त प्रबंधन शामिल हैं। विशेष रूप से, उपकरण के वोल्टेज प्रतिरोध स्तर में सुधार के साथ, एपिटैक्सियल वेफर के कोर मापदंडों को नियंत्रित करना काफी कठिन हो गया है। इसके अतिरिक्त, एपिटैक्सियल परत की मोटाई बढ़ने के साथ, प्रतिरोधकता की एकरूपता को नियंत्रित करना और मोटाई सुनिश्चित करते हुए दोष घनत्व को कम करना एक और प्रमुख चुनौती बन गई है। विद्युतीकृत नियंत्रण प्रणाली में, विभिन्न मापदंडों को सटीक और स्थिर रूप से नियंत्रित करने के लिए उच्च-परिशुद्धता वाले सेंसर और एक्चुएटर्स को एकीकृत करना आवश्यक है। साथ ही, नियंत्रण एल्गोरिदम का अनुकूलन भी महत्वपूर्ण है। सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सियल वृद्धि प्रक्रिया में विभिन्न परिवर्तनों के अनुकूल होने के लिए, प्रतिक्रिया संकेत के अनुसार वास्तविक समय में नियंत्रण रणनीति को समायोजित करने में सक्षम होना आवश्यक है।

मुख्य कठिनाइयाँसिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेटउत्पादन: