Tungku pertumbuhan kristal adalah peralatan inti untuksilikon karbidaPertumbuhan kristal. Ini mirip dengan tungku pertumbuhan kristal silikon tradisional. Struktur tungku tidak terlalu rumit. Terutama terdiri dari badan tungku, sistem pemanas, mekanisme transmisi kumparan, sistem akuisisi dan pengukuran vakum, sistem jalur gas, sistem pendingin, sistem kontrol, dll. Medan termal dan kondisi proses menentukan indikator kunci darikristal silikon karbidaseperti kualitas, ukuran, konduktivitas, dan sebagainya.
Di satu sisi, suhu selama pertumbuhankristal silikon karbidaTingkat risikonya sangat tinggi dan tidak dapat dipantau. Oleh karena itu, kesulitan utama terletak pada proses itu sendiri. Kesulitan utamanya adalah sebagai berikut:
(1) Kesulitan dalam pengendalian medan termal:
Pemantauan rongga suhu tinggi tertutup sulit dan tidak terkendali. Berbeda dengan peralatan pertumbuhan kristal tarik langsung berbasis silikon tradisional dengan tingkat otomatisasi tinggi dan proses pertumbuhan kristal yang dapat diamati dan dikendalikan, kristal silikon karbida tumbuh di ruang tertutup dalam lingkungan suhu tinggi di atas 2.000℃, dan suhu pertumbuhan perlu dikontrol secara tepat selama produksi, yang membuat pengendalian suhu menjadi sulit;
(2) Kesulitan dalam pengendalian bentuk kristal:
Mikropipa, inklusi polimorfik, dislokasi, dan cacat lainnya rentan terjadi selama proses pertumbuhan, dan saling memengaruhi serta berkembang satu sama lain. Mikropipa (MP) adalah cacat tipe tembus dengan ukuran beberapa mikron hingga puluhan mikron, yang merupakan cacat fatal pada perangkat. Kristal tunggal silikon karbida mencakup lebih dari 200 bentuk kristal yang berbeda, tetapi hanya beberapa struktur kristal (tipe 4H) yang merupakan material semikonduktor yang dibutuhkan untuk produksi. Transformasi bentuk kristal mudah terjadi selama proses pertumbuhan, yang mengakibatkan cacat inklusi polimorfik. Oleh karena itu, perlu untuk mengontrol secara akurat parameter seperti rasio silikon-karbon, gradien suhu pertumbuhan, laju pertumbuhan kristal, dan tekanan aliran udara. Selain itu, terdapat gradien suhu dalam medan termal pertumbuhan kristal tunggal silikon karbida, yang menyebabkan tegangan internal alami dan dislokasi yang dihasilkan (dislokasi bidang basal BPD, dislokasi sekrup TSD, dislokasi tepi TED) selama proses pertumbuhan kristal, sehingga memengaruhi kualitas dan kinerja epitaksi dan perangkat selanjutnya.
(3) Kontrol doping yang sulit:
Masuknya pengotor eksternal harus dikontrol secara ketat untuk mendapatkan kristal konduktif dengan doping terarah;
(4) Tingkat pertumbuhan yang lambat:
Laju pertumbuhan silikon karbida sangat lambat. Material silikon tradisional hanya membutuhkan 3 hari untuk tumbuh menjadi batang kristal, sedangkan batang kristal silikon karbida membutuhkan 7 hari. Hal ini menyebabkan efisiensi produksi silikon karbida yang secara alami lebih rendah dan hasil produksi yang sangat terbatas.
Di sisi lain, parameter pertumbuhan epitaksial silikon karbida sangatlah menuntut, termasuk kekedapan udara peralatan, stabilitas tekanan gas dalam ruang reaksi, kontrol yang tepat terhadap waktu pemasukan gas, akurasi rasio gas, dan manajemen suhu deposisi yang ketat. Secara khusus, dengan peningkatan tingkat resistansi tegangan perangkat, kesulitan dalam mengontrol parameter inti wafer epitaksial telah meningkat secara signifikan. Selain itu, dengan peningkatan ketebalan lapisan epitaksial, bagaimana mengontrol keseragaman resistivitas dan mengurangi kepadatan cacat sambil memastikan ketebalan telah menjadi tantangan utama lainnya. Dalam sistem kontrol elektrifikasi, perlu untuk mengintegrasikan sensor dan aktuator presisi tinggi untuk memastikan bahwa berbagai parameter dapat diatur secara akurat dan stabil. Pada saat yang sama, optimasi algoritma kontrol juga sangat penting. Algoritma tersebut perlu mampu menyesuaikan strategi kontrol secara real-time sesuai dengan sinyal umpan balik untuk beradaptasi dengan berbagai perubahan dalam proses pertumbuhan epitaksial silikon karbida.
Kesulitan utama dalamsubstrat silikon karbidamanufaktur:
Waktu posting: 07 Juni 2024