Ի՞նչ է սիլիցիումի կարբիդի (SiC) բյուրեղների աճեցման վառարանը։

SiCՈւնի մեծ արգելակային գոտի, բարձր ջերմահաղորդականություն, բարձր կրիտիկական քայքայման դաշտի ուժգնություն և բարձր էլեկտրոնային հագեցվածության դրիֆտի արագություն։ Այն կարող է բավարարել կիրառման պահանջները բարձր ջերմաստիճանի, բարձր ճնշման, բարձր հաճախականության և բարձր հզորության պայմաններում։ Այն կարող է լայնորեն օգտագործվել նոր էներգետիկ տրանսպորտային միջոցներում, ֆոտովոլտային համակարգերում, արդյունաբերական կառավարման, ռադիոհաճախականության կապի և այլ ոլորտներում։ Հարակից արդյունաբերությունների արագ զարգացման հետ մեկտեղ, սիլիցիումի կարբիդի կողմից ներկայացված երրորդ սերնդի կիսահաղորդչային շուկան նոր հնարավորություններ է բացել։

Բյուրեղների աճեցումը սիլիցիումի կարբիդային հիմքի արտադրության հիմնական օղակն է, իսկ հիմնական սարքավորումները բյուրեղների աճի վառարանն է: Ավանդական բյուրեղային սիլիցիումային աստիճանի բյուրեղների աճի վառարանների նման, վառարանի կառուցվածքը շատ բարդ չէ: Այն հիմնականում բաղկացած է վառարանի մարմնից, ջեռուցման համակարգից, կծիկի փոխանցման մեխանիզմից, վակուումային հավաքագրման և չափման համակարգից, գազի ուղու համակարգից, սառեցման համակարգից, կառավարման համակարգից և այլն: Ջերմային դաշտը և գործընթացի պայմանները որոշում են սիլիցիումի կարբիդային բյուրեղների որակի, չափի, հաղորդականության և այլ հիմնական ցուցանիշների հիմնական ցուցանիշները:

Ⅰ. Սիլիցիումի կարբիդի բյուրեղների աճեցման տեխնոլոգիայի դժվարությունները

Սիլիցիումի կարբիդի բյուրեղների աճի ջերմաստիճանը շատ բարձր է և հնարավոր չէ վերահսկել, ուստի հիմնական դժվարությունը կայանում է հենց գործընթացում.

(1)Ջերմային դաշտի կառավարման դժվարությունՓակ բարձր ջերմաստիճանի խոռոչի մոնիթորինգը դժվար է և անվերահսկելի։ Ի տարբերություն ավանդական սիլիցիումային հիմքով լուծույթով բյուրեղների աճեցման սարքավորումների, որոնք ունեն բարձր աստիճանի ավտոմատացում, և բյուրեղների աճի գործընթացը կարող է դիտարկվել, վերահսկվել և կարգավորվել, սիլիցիումի կարբիդային բյուրեղները աճում են փակ տարածքում՝ 2000°C-ից բարձր բարձր ջերմաստիճանային միջավայրում, և աճի ջերմաստիճանը պետք է ճշգրիտ վերահսկվի արտադրության ընթացքում, ինչը դժվարացնում է ջերմաստիճանի կառավարումը։

(2)Բյուրեղային ձևը վերահսկելու դժվարությունՄիկրոխողովակները, պոլիմորֆ ներառումները, տեղաշարժերը և այլ արատները հակված են առաջանալու աճի գործընթացում, և դրանք ազդում և զարգանում են միմյանց վրա: Միկրոխողովակները (ՄԽ) մի քանի միկրոնից մինչև տասնյակ միկրոն չափի միջանցիկ տեսակի արատներ են, որոնք սարքերի կործանիչ արատներ են: Սիլիցիումի կարբիդային միաբյուրեղները ներառում են ավելի քան 200 տարբեր բյուրեղային ձևեր, բայց միայն մի քանի բյուրեղային կառուցվածքներ (4H տեսակ) արտադրության համար անհրաժեշտ կիսահաղորդչային նյութերն են: Բյուրեղի ձևի փոխակերպումը հակված է աճի գործընթացում, ինչը հանգեցնում է պոլիմորֆ ներառման արատների: Հետևաբար, անհրաժեշտ է ճշգրիտ վերահսկել այնպիսի պարամետրեր, ինչպիսիք են սիլիցիում-ածխածնի հարաբերակցությունը, աճի ջերմաստիճանի գրադիենտը, բյուրեղի աճի արագությունը և գազի հոսքի ճնշումը:

Բացի այդ, սիլիցիումի կարբիդային միաբյուրեղի աճի ջերմային դաշտում կա ջերմաստիճանի գրադիենտ, որը բյուրեղի աճի գործընթացում հանգեցնում է բնածին ներքին լարման և դրա հետևանքով առաջացող դիսլոկացիաների (բազային հարթության դիսլոկացիա BPD, պտուտակային դիսլոկացիա TSD, եզրային դիսլոկացիա TED), դրանով իսկ ազդելով հետագա էպիտաքսիայի և սարքերի որակի և աշխատանքի վրա։

(3)Դժվար դոպինգի վերահսկողությունԱրտաքին խառնուրդների ներմուծումը պետք է խստորեն վերահսկվի՝ ուղղորդված լեգիրմամբ հաղորդիչ բյուրեղ ստանալու համար։

(4)Դանդաղ աճի տեմպՍիլիցիումի կարբիդի աճի տեմպը շատ դանդաղ է։ Ավանդականսիլիկոնային նյութերբյուրեղյա ձող դառնալու համար անհրաժեշտ է ընդամենը 3 օր, մինչդեռ սիլիցիումի կարբիդային բյուրեղյա ձողերին անհրաժեշտ է 7 օր։ Սա հանգեցնում է սիլիցիումի կարբիդի բնականաբար ցածր արտադրության արդյունավետության և շատ սահմանափակ արտադրանքի։

Մյուս կողմից, սիլիցիումի կարբիդի էպիտաքսիալ աճի պարամետրերը չափազանց պահանջկոտ են, ներառյալ սարքավորումների հերմետիկությունը, ռեակցիայի խցիկում գազի ճնշման կայունությունը, գազի ներմուծման ժամանակի ճշգրիտ կառավարումը, գազի հարաբերակցության ճշգրտությունը և նստեցման ջերմաստիճանի խիստ կառավարումը: Մասնավորապես, սարքի դիմադրողականության լարման մակարդակի բարելավման հետ մեկտեղ, էպիտաքսիալ թիթեղի միջուկի պարամետրերի կառավարման դժվարությունը զգալիորեն մեծացել է:

Բացի այդ, էպիտաքսիալ շերտի հաստության մեծացման հետ մեկտեղ, դիմադրության միատարրությունը վերահսկելու և թերությունների խտությունը նվազեցնելու, միաժամանակ հաստությունը ապահովելով, մեկ այլ լուրջ մարտահրավեր է դարձել: Էլեկտրացված կառավարման համակարգում անհրաժեշտ է ինտեգրել բարձր ճշգրտության սենսորներ և ակտուատորներ՝ ապահովելու համար, որ տարբեր պարամետրերը կարողանան ճշգրիտ և կայուն կարգավորվել: Միևնույն ժամանակ, կառավարման ալգորիթմի օպտիմալացումը նույնպես կարևոր է: Այն պետք է կարողանա իրական ժամանակում կարգավորել կառավարման ռազմավարությունը՝ համաձայն հետադարձ կապի ազդանշանի՝ հարմարվելու տարբեր փոփոխություններին:սիլիցիումի կարբիդի էպիտաքսիալ աճգործընթաց

Ⅱ. Սիլիցիումի կարբիդային հիմքերի արտադրության հիմնական դժվարությունները.

1. Աճի ջերմաստիճանը 2000℃-ից բարձր է, որը երկու անգամ ավելի բարձր է, քան սիլիցիումինը։

2. Բյուրեղային ձողի հաստությունը բյուրեղի աճի շրջանում փոքր է, և 2 սմ սիլիցիումի կարբիդային բյուրեղային ձողը աճում է 7 օրում։

3. Բյուրեղային տիպի պահանջները բարձր են, և կան միայն մի քանի միաբյուրեղային սիլիցիումի կարբիդներ՝ բյուրեղային կառուցվածքներով։

4. Կտրման մաշվածությունը բարձր է, և սիլիցիումի կարբիդն ունի չափազանց բարձր կարծրություն։

Ամփոփելով՝ թանկարժեք ժամանակային ծախսը և բարդ մշակման տեխնոլոգիան որոշում են սիլիցիումի կարբիդային հիմքերի բարձր գինը, ինչը սահմանափակում է սիլիցիումի կարբիդի կիրառումը։

III. Բյուրեղների աճեցման վառարանների դասակարգում

Ըստ տարբեր տաքացման մեթոդների, բյուրեղների աճեցման վառարանները կարելի է բաժանել ինդուկցիոն տեսակի և դիմադրության տեսակի։ Ներկայումս շուկայում առկա սարքավորումների մեծ մասը ինդուկցիոն տեսակի է, որն ունի ցածր գնով, պարզ կառուցվածքով, հարմար սպասարկմամբ և բարձր ջերմային արդյունավետությամբ առավելություններ։ Սակայն, էլեկտրամագնիսական ինդուկցիոն էֆեկտի պատճառով, ինդուկցիոն տաքացման առանցքային և ճառագայթային ջերմաստիճանները միացված են, և անհնար է հաշվի առնել ինչպես բյուրեղների աճի արագությունը, այնպես էլ բյուրեղների աճի որակը։

Դիմադրության ջերմային դաշտի աճի հարթակը կարող է ճշգրտորեն կառավարել համապատասխանաբար առանցքային և ճառագայթային ջերմաստիճանը, ինչը նպաստում է մեծ չափի բյուրեղների աճին և բարելավում է բյուրեղների աճի տեմպը։ Այն ապագա բարձրորակ 8 դյույմանոց սիլիցիումի կարբիդային բյուրեղների աճի լուծումներից մեկն է։

Ինդուկցիոն և դիմադրության մեթոդների համեմատություն.