1. Tecnologia di drogaggio con polvere di carburo di silicio
L'aggiunta di una quantità appropriata di cerio (Ce) alla polvere di carburo di silicio può favorire la crescita stabile di cristalli singoli di 4H-SiC. L'esperienza pratica ha dimostrato che l'aggiunta di cerio ai materiali in polvere può aumentare la velocità di crescita dei cristalli di carburo di silicio, accelerandone la formazione. L'orientamento del carburo di silicio può essere controllato, rendendo la direzione di crescita cristallina più uniforme e regolare. Si inibisce la formazione di impurità nei cristalli, si riducono i difetti e si facilita l'ottenimento di cristalli singoli di alta qualità. Inoltre, si previene la corrosione sul retro del cristallo e si aumenta la percentuale di cristalli singoli.
2. Tecnologia di controllo del gradiente del campo di temperatura assiale e radiale
Il gradiente di temperatura assiale influenza principalmente la forma di crescita dei cristalli e l'efficienza della crescita cristallina. Un gradiente di temperatura troppo basso può portare alla formazione di eterocristalli durante il processo di crescita e influire negativamente sulla velocità di trasporto delle sostanze gassose, con conseguente riduzione della velocità di crescita. Gradienti di temperatura assiali e radiali adeguati favoriscono la rapida crescita dei cristalli di SiC e ne mantengono la stabilità qualitativa.
3. Tecnologia di controllo della dislocazione del piano di base (BPD)
La causa principale della formazione del difetto BPD è che lo sforzo di taglio nel cristallo supera lo sforzo di taglio critico delcristallo di SiC, portando all'attivazione del sistema di scorrimento. Poiché il BPD è perpendicolare alla direzione di crescita del cristallo, viene prodotto principalmente durante il processo di crescita del cristallo e il successivo processo di raffreddamento del cristallo.
4. Tecnologia di regolazione e controllo del rapporto tra i componenti della fase gassosa
Nel processo di crescita dei cristalli, aumentare il rapporto carbonio-silicio e il rapporto dei componenti in fase gassosa nell'ambiente di crescita è una misura efficace per ottenere una crescita stabile di una forma monocristallina. Poiché un elevato rapporto carbonio-silicio può ridurre la coalescenza di grandi gradini e mantenere l'ereditarietà delle informazioni di crescita sulla superficie del cristallo seme, può sopprimere il polimorfismo.
5. Tecnologia di controllo a basso stress
Durante il processo di crescita del cristallo, la presenza di stress può causare i piani cristallini interni diSiCla flessione può causare una scarsa qualità del cristallo e persino la sua rottura. Inoltre, un elevato stress può portare a un aumento delle dislocazioni nel piano di base del wafer. Questi difetti possono penetrare nello strato epitassiale durante il processo epitassiale, compromettendo seriamente le prestazioni del dispositivo nella fase successiva.
Ecco alcuni metodi per migliorare il processo di riduzione dello stress all'interno del cristallo:
1. Regolare la distribuzione del campo di temperatura e i parametri di processo per consentire il SiC singolocrescita cristallinaprocedere in condizioni quanto più vicine possibile all'equilibrio.
2. Ottimizzare la struttura e la forma del crogiolo per consentire al cristallo di crescere il più liberamente possibile in uno stato non vincolato.
3. Per quanto riguarda il fissaggio del cristallo seme, modificare il processo di fissaggio per ridurre la differenza nei coefficienti di dilatazione termica tra il cristallo seme e il supporto in grafite durante il riscaldamento, minimizzando così le tensioni interne nel monocristallo di 4H-SiC. Un approccio comune consiste nel lasciare uno spazio di 2 mm tra il cristallo seme e il supporto in grafite.
4. Modificare il processo di ricottura del cristallo implementando una ricottura a raffreddamento in forno. Regolare la temperatura e la durata della ricottura per rilasciare completamente le tensioni interne al cristallo.
Guardando al futuro, la tecnologia di preparazione di monocristalli di carburo di silicio (SiC) di alta qualità si svilupperà in diverse direzioni chiave:
1. Aumento delle dimensioni dei wafer: il diametro dei cristalli di SiC è passato dai millimetri iniziali agli attuali wafer da 6, 8 e persino 12 pollici. La produzione di cristalli di SiC di dimensioni maggiori migliora l'efficienza produttiva, riduce i costi e soddisfa le esigenze dei dispositivi ad alta potenza.
2. Miglioramento della qualità dei cristalli: i cristalli di SiC di alta qualità sono fondamentali per i dispositivi ad alte prestazioni. Sebbene siano stati compiuti progressi significativi, difetti come micropori, dislocazioni e impurità persistono ancora, compromettendo le prestazioni e l'affidabilità dei dispositivi.
3. Riduzione dei costi di produzione: Il costo relativamente elevato della preparazione dei cristalli di SiC ne limita l'applicazione in alcuni settori. La riduzione dei costi può essere ottenuta ottimizzando i processi di crescita, migliorando l'efficienza produttiva e diminuendo le spese per le materie prime.
4. Implementazione della produzione intelligente: grazie ai progressi nell'IA e nei big data, la tecnologia di crescita dei cristalli di SiC integrerà sempre più l'intelligenza. Il monitoraggio e il controllo in tempo reale tramite sensori e sistemi di controllo automatizzati migliorano la stabilità e la controllabilità del processo. Allo stesso tempo, l'utilizzo dell'analisi dei big data ottimizza i dati di crescita, migliorando così la qualità dei cristalli e l'efficienza produttiva.
La tecnologia di preparazione di monocristalli di carburo di silicio di alta qualità è uno dei temi di maggiore interesse nella ricerca sui materiali semiconduttori. Grazie al continuo progresso tecnologico, la tecnologia di crescita dei cristalli di carburo di silicio continuerà a svilupparsi e a migliorare, fornendo una base più solida per l'applicazione del carburo di silicio in settori quali alta temperatura, alta frequenza, alta potenza e altri ancora.
Data di pubblicazione: 10 luglio 2025