Hvað er kísilkarbíð (SiC) kristalvaxtarofn?

SiCÞað hefur einkenni stórs bandbils, mikillar varmaleiðni, mikils gagnrýnins niðurbrotssviðsstyrks og mikils rafeindamettunarrekstrar. Það getur uppfyllt kröfur um notkun við háan hita, háþrýsting, háa tíðni og mikla afl. Það er hægt að nota það mikið í nýjum orkutækjum, sólarorku, iðnaðarstýringu, útvarpsbylgjumiðskiptum og öðrum sviðum. Með hraðri þróun skyldra atvinnugreina hefur þriðja kynslóðar hálfleiðaramarkaðurinn, sem kísillkarbíð er tákn fyrir, skapað ný tækifæri.

Kristallavöxtur er kjarninn í framleiðslu á kísilkarbíð undirlagi og kjarnabúnaðurinn er kristallavaxtarofninn. Líkt og hefðbundnir kristallavaxtarofnar af kísilgæði er uppbygging ofnsins ekki mjög flókin. Hann samanstendur aðallega af ofnhúsi, hitakerfi, spóluflutningskerfi, lofttæmis- og mælikerfi, gasleiðarkerfi, kælikerfi, stjórnkerfi o.s.frv. Hitasviðið og ferlisskilyrðin ákvarða lykilþætti fyrir gæði, stærð, leiðni og aðra lykilþætti kísilkarbíðkristalla.

Ⅰ. Erfiðleikar í vaxtartækni kísillkarbíðkristalla

Hitastig vaxtar kísilkarbíðkristalla er mjög hátt og ekki er hægt að fylgjast með því, þannig að helsti erfiðleikinn liggur í ferlinu sjálfu:

(1)Erfiðleikar við að stjórna hitasviðinuEftirlit með lokuðu háhitaholi er erfitt og stjórnlaust. Ólíkt hefðbundnum búnaði til vaxtar kristalla sem byggir á sílikoni og er dreginn í lausn, sem er mjög sjálfvirkur og hægt er að fylgjast með, stjórna og aðlaga vaxtarferlið, vaxa kísilkarbíðkristallar í lokuðu rými í háhitaumhverfi yfir 2.000°C og þarf að stjórna vaxtarhitanum nákvæmlega meðan á framleiðslu stendur, sem gerir hitastýringu erfiða.

(2)Erfiðleikar við að stjórna kristalforminuÖrpípur, fjölbrigða innfellingar, tilfærslur og aðrir gallar eiga það til að koma upp í vaxtarferlinu og hafa áhrif á og þróast hver af annarri. Örpípur (e. micropipes, MP) eru í gegnumgangandi gallar sem eru frá nokkrum míkronum upp í tugi míkrona að stærð, sem eru helstu gallar tækja. Einkristallar úr kísilkarbíði innihalda meira en 200 mismunandi kristalform, en aðeins fáar kristalbyggingar (4H gerð) eru hálfleiðaraefnin sem þarf til framleiðslu. Kristallabreytingar eiga sér stað við vaxtarferlið, sem leiðir til fjölbrigða innfellingargalla. Þess vegna er nauðsynlegt að stjórna nákvæmlega breytum eins og kísill-kolefnishlutfalli, vaxtarhitastigli, kristallavaxtarhraða og gasflæðisþrýstingi.

Að auki er hitastigshalla í hitasviði kísilkarbíðs einkristallavaxtar, sem leiðir til innri spennu og tilfærslu sem af því hlýst (grunnfletisrýrnun BPD, skrúfurýrnun TSD, brúnarrýrnun TED) meðan á kristallavaxtarferlinu stendur, og hefur þannig áhrif á gæði og afköst síðari epitaxískra efna og tækja.

(3)Erfitt lyfjaeftirlitTil að fá leiðandi kristal með stefnuvirkri íblöndun verður að hafa strangt eftirlit með innleiðingu utanaðkomandi óhreininda;

(4)Hægur vaxtarhraðiVaxtarhraði kísillkarbíðs er mjög hægur. HefðbundiðkísillefniÞað tekur aðeins 3 daga að vaxa í kristalstöng, en kristalstangir úr kísilkarbíði þurfa 7 daga. Þetta leiðir til náttúrulega minni framleiðsluhagkvæmni kísilkarbíðs og mjög takmarkaðrar framleiðslu.

Hins vegar eru færibreytur kísilkarbíðs epitaxial vaxtar afar krefjandi, þar á meðal loftþéttleiki búnaðarins, stöðugleiki gasþrýstingsins í hvarfklefanum, nákvæm stjórnun á gasinnleiðslutíma, nákvæmni gashlutfallsins og strang stjórnun á útfellingarhitastigi. Sérstaklega, með bættri spennuþolsstigi tækisins, hefur erfiðleikinn við að stjórna kjarnafæribreytum epitaxial skífunnar aukist verulega.

Þar að auki, með aukinni þykkt epitaxiallagsins, hefur það orðið önnur stór áskorun að stjórna einsleitni viðnámsins og draga úr gallaþéttleika og tryggja þykktina. Í rafknúnu stjórnkerfi er nauðsynlegt að samþætta nákvæma skynjara og stýribúnað til að tryggja að hægt sé að stjórna ýmsum breytum nákvæmlega og stöðugt. Á sama tíma er einnig mikilvægt að fínstilla stjórnunarreikniritið. Það þarf að geta aðlagað stjórnunarstefnuna í rauntíma í samræmi við endurgjöfina til að aðlagast ýmsum breytingum á ...vöxtur kísillkarbíðs í epitaxialferli.

Ⅱ. Helstu erfiðleikar við framleiðslu á kísilkarbíð undirlagi:

1. Vaxtarhitastigið er yfir 2000 ℃, sem er tvöfalt hærra en hjá sílikoni.

2. Þykkt kristalstöngarinnar er lítil á vaxtartímabilinu og 2 cm kísilkarbíð kristalstöng vex á 7 dögum.

3. Kröfur um kristalgerð eru miklar og það eru aðeins fá einkristalla kísilkarbíð með kristalbyggingu.

4. Slitþol er hátt og kísillkarbíð hefur afar mikla hörku.

Í stuttu máli ráða dýr tími og flókin vinnslutækni miklum kostnaði við kísilkarbíð undirlag, sem takmarkar notkun kísilkarbíðs.

III. Flokkun kristalvaxtarofna

Samkvæmt mismunandi hitunaraðferðum má skipta kristalvaxtarofnum í spanofna og viðnámsofna. Eins og er eru flestir búnaður á markaðnum spanofnar, sem hefur kosti lágs kostnaðar, einfaldrar uppbyggingar, þægilegs viðhalds og mikillar varmanýtingar. Hins vegar, vegna rafsegulfræðilegrar spanhitunar, eru ás- og radíushiti spanhitunar samtengdir og það er ómögulegt að taka tillit til bæði vaxtarhraða kristalsins og vaxtargæða kristalsins.

Vaxtarpallurinn fyrir viðnámshitastig getur stjórnað nákvæmlega ás- og radíushitastigi, sem stuðlar að vexti stórra kristalla og bætir vaxtarhraða kristalla. Þetta er ein af lausnunum fyrir framtíðarvöxt hágæða 8 tommu kísilkarbíðkristalla.

Samanburður á milli örvunaraðferðar og viðnámsaðferðar: