सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) क्रिस्टल वृद्धि भट्टी क्या है?

सिकसिलिकॉन कार्बाइड में उच्च बैंडगैप, उच्च तापीय चालकता, उच्च क्रांतिक ब्रेकडाउन क्षेत्र शक्ति और उच्च इलेक्ट्रॉन संतृप्ति बहाव दर जैसी विशेषताएं हैं। यह उच्च तापमान, उच्च दबाव, उच्च आवृत्ति और उच्च शक्ति की स्थितियों में अनुप्रयोग आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है। इसका व्यापक रूप से नई ऊर्जा वाहनों, फोटोवोल्टिक्स, औद्योगिक नियंत्रण, रेडियो आवृत्ति संचार और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया जा सकता है। संबंधित उद्योगों के तीव्र विकास के साथ, सिलिकॉन कार्बाइड द्वारा प्रतिनिधित्व किए जाने वाले तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक बाजार में नए अवसर खुल गए हैं।

सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट उत्पादन में क्रिस्टल वृद्धि मुख्य कड़ी है, और इसका मुख्य उपकरण क्रिस्टल वृद्धि भट्टी है। पारंपरिक क्रिस्टलीय सिलिकॉन-ग्रेड क्रिस्टल वृद्धि भट्टियों के समान, इस भट्टी की संरचना बहुत जटिल नहीं है। यह मुख्य रूप से भट्टी के मुख्य भाग, ताप 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 सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल की गुणवत्ता, आकार, चालकता और अन्य प्रमुख संकेतकों को निर्धारित करती हैं।

Ⅰ. सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल वृद्धि प्रौद्योगिकी में कठिनाइयाँ

सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल के विकास का तापमान बहुत अधिक होता है और इसकी निगरानी नहीं की जा सकती, इसलिए मुख्य कठिनाई प्रक्रिया में ही निहित है:

(1)ऊष्मीय क्षेत्र को नियंत्रित करने में कठिनाईबंद उच्च-तापमान गुहा की निगरानी कठिन और अनियंत्रित है। पारंपरिक सिलिकॉन-आधारित सॉल्यूशन-पुल्ड क्रिस्टल ग्रोथ उपकरण के विपरीत, जिसमें स्वचालन का उच्च स्तर होता है और क्रिस्टल विकास प्रक्रिया का अवलोकन, नियंत्रण और समायोजन किया जा सकता है, सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल 2,000 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के उच्च-तापमान वातावरण में एक बंद स्थान में विकसित होते हैं, और उत्पादन के दौरान विकास तापमान को सटीक रूप से नियंत्रित करने की आवश्यकता होती है, जो तापमान नियंत्रण को कठिन बनाता है;

(2)क्रिस्टल रूप को नियंत्रित करने में कठिनाईमाइक्रो पाइप, बहुरूपी समावेशन, विस्थापन और अन्य दोष वृद्धि प्रक्रिया के दौरान होने की संभावना रखते हैं, और वे 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 दोष होते हैं, जो उपकरणों के लिए घातक दोष होते हैं। सिलिकॉन कार्बाइड एकल क्रिस्टल में 200 से अधिक विभिन्न क्रिस्टल रूप शामिल हैं, लेकिन केवल कुछ क्रिस्टल संरचनाएं (4एच प्रकारसिलिकॉन-कार्बन (सिलिकॉन-कार्बन) उत्पादन के लिए आवश्यक अर्धचालक पदार्थ हैं। वृद्धि प्रक्रिया के दौरान क्रिस्टलीय रूप में परिवर्तन होने की संभावना रहती है, जिसके परिणामस्वरूप बहुरूपी समावेशन दोष उत्पन्न होते हैं। इसलिए, सिलिकॉन-कार्बन अनुपात, वृद्धि तापमान प्रवणता, क्रिस्टल वृद्धि दर और गैस प्रवाह दाब जैसे मापदंडों को सटीक रूप से नियंत्रित करना आवश्यक है।

इसके अतिरिक्त, सिलिकॉन कार्बाइड एकल क्रिस्टल वृद्धि के थर्मल क्षेत्र में एक तापमान प्रवणता होती है, जो क्रिस्टल वृद्धि प्रक्रिया के दौरान आंतरिक तनाव और परिणामस्वरूप होने वाले विस्थापनों (बेसल प्लेन डिसलोकेशन बीपीडी, स्क्रू डिसलोकेशन टीएसडी, एज डिसलोकेशन टीईडी) को जन्म देती है, जिससे बाद के एपिटैक्सी और उपकरणों की गुणवत्ता और प्रदर्शन प्रभावित होता है।

(3)डोपिंग नियंत्रण कठिन हैदिशात्मक डोपिंग के साथ एक सुचालक क्रिस्टल प्राप्त करने के लिए बाहरी अशुद्धियों के प्रवेश को सख्ती से नियंत्रित किया जाना चाहिए;

(4)धीमी विकास दरसिलिकॉन कार्बाइड की वृद्धि दर बहुत धीमी होती है। पारंपरिकसिलिकॉन सामग्रीसिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल की छड़ बनने में केवल 3 दिन लगते हैं, जबकि सिलिकॉन कार्बाइड की छड़ बनने में 7 दिन लगते हैं। इसी कारण सिलिकॉन कार्बाइड की उत्पादन क्षमता स्वाभाविक रूप से कम होती है और इसका उत्पादन बहुत सीमित होता है।

दूसरी ओर, सिलिकॉन कार्बाइड के एपिटैक्सियल विकास के मापदंड अत्यंत जटिल हैं, जिनमें उपकरण की वायुरोधी क्षमता, अभिक्रिया कक्ष में गैस के दबाव 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 सहनशीलता स्तर में सुधार के साथ, एपिटैक्सियल वेफर के मूल मापदंडों को नियंत्रित करना काफी कठिन हो गया है।

इसके अलावा, 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 बड़ी 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। विभिन्न परिवर्तनों के अनुकूल होने के लिए फीडबैक सिग्नल के अनुसार वास्तविक समय में नियंत्रण रणनीति को समायोजित करने में सक्षम होना आवश्यक है।सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सियल वृद्धिप्रक्रिया।

II. सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट के निर्माण में मुख्य कठिनाइयाँ:

1. वृद्धि का तापमान 2000℃ से ऊपर है, जो सिलिकॉन के तापमान से दोगुना अधिक है।

2. क्रिस्टल वृद्धि की अवधि के दौरान क्रिस्टल छड़ की मोटाई कम होती है, और 2 सेमी सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल छड़ 7 दिनों में विकसित होती है।

3. क्रिस्टल प्रकार की आवश्यकताएं उच्च हैं, और क्रिस्टल संरचना वाले एकल-क्रिस्टल सिलिकॉन कार्बाइड केवल कुछ ही हैं।

4. कटिंग के दौरान घिसावट अधिक होती है, और सिलिकॉन कार्बाइड की कठोरता अत्यंत उच्च होती है।

संक्षेप में, सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट की उच्च लागत का कारण इसमें लगने वाला अधिक समय और जटिल प्रसंस्करण तकनीक है, जो सिलिकॉन कार्बाइड के अनुप्रयोग को सीमित करता है।

III. क्रिस्टल वृद्धि भट्टियों का वर्गीकरण

विभिन्न तापन विधियों के आधार पर, क्रिस्टल वृद्धि भट्टियों को प्रेरण प्रकार और प्रतिरोध प्रकार में विभाजित किया जा सकता है। वर्तमान में, बाज़ार में उपलब्ध अधिकांश उपकरण प्रेरण प्रकार के हैं, जिनमें कम लागत, सरल संरचना, सुविधाजनक रखरखाव और उच्च तापीय दक्षता जैसे लाभ हैं। हालांकि, विद्युत चुम्बकीय प्रेरण प्रभाव के कारण, प्रेरण तापन में अक्षीय तापमान और त्रिज्या तापमान आपस में जुड़े होते हैं, जिससे क्रिस्टल वृद्धि की गति और गुणवत्ता दोनों को ध्यान में रखना संभव नहीं होता है।

प्रतिरोधक तापीय क्षेत्र वृद्धि मंच अक्षीय तापमान और त्रिज्या तापमान को सटीक रूप से नियंत्रित कर सकता है, जो बड़े आकार के क्रिस्टलों के विकास के लिए अनुकूल है और क्रिस्टल वृद्धि दर को बढ़ाता है। यह भविष्य में उच्च गुणवत्ता वाले 8 इंच सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल के विकास के लिए एक उपयुक्त समाधान है।

प्रेरण विधि और प्रतिरोध विधि की तुलना: