1. טכנולוגיית סימום אבקת סיליקון קרביד
סימום של כמות מתאימה של יסוד Ce באבקת סיליקון קרביד יכול להשיג את האפקט של צמיחה יציבה של צורת הגביש החד-יחיד של 4H-SiC. ניסיון מעשי הראה כי סימום של יסודות Ce בחומרי אבקה יכול להגביר את קצב הצמיחה של גבישי סיליקון קרביד, מה שהופך את הגבישים לגדולים מהר יותר. ניתן לשלוט בכיוון הצמיחה של סיליקון קרביד, מה שהופך את כיוון הצמיחה של הגביש לאחיד וסדי יותר. זה מעכב את היווצרות הזיהומים בגבישים, מפחית את היווצרות הפגמים ומקל על קבלת גבישים בצורת גביש חד-יחיד וגבישים באיכות גבוהה. זה יכול לעכב את הקורוזיה בגב הגביש ולהגדיל את קצב הגביש החד-יחיד של הגביש.
2. טכנולוגיית בקרת שדה טמפרטורה צירית ורדיאלית
גרדיאנט הטמפרטורה הצירי משפיע בעיקר על צורת צמיחת הגביש ועל יעילות צמיחת הגביש. גרדיאנט טמפרטורה קטן מדי יוביל להופעת הטרוגבישים במהלך תהליך צמיחת הגביש וגם ישפיע על קצב ההובלה של חומרים גזיים, וכתוצאה מכך יפחית את קצב צמיחת הגביש. גרדיאנטים טמפרטורה ציריים ורדיאליים מתאימים מקלים על הצמיחה המהירה של גבישי SiC ושומרים על יציבות איכות הגביש.
3. טכנולוגיית בקרת תזוזה של מישור בסיסי (BPD)
הסיבה העיקרית להיווצרות פגם ב-BPD היא שמאמץ הגזירה בגביש עולה על מאמץ הגזירה הקריטי שלגביש SiC, מה שמוביל להפעלת מערכת ההחלקה. מכיוון ש-BPD ניצב לכיוון צמיחת הגביש, הוא נוצר בעיקר במהלך תהליך צמיחת הגביש ובתהליך קירור הגביש המאוחר יותר.
4. טכנולוגיית ויסות ובקרה של יחס רכיבי פאזה גז
בתהליך גידול הגביש, הגדלת יחס הפחמן-סיליקון ויחס רכיבי פאזה גזית בסביבת הגידול היא מדד יעיל להשגת צמיחה יציבה של צורת גביש יחיד. מכיוון שיחס פחמן-סיליקון גבוה יכול להפחית התלכדות בשלבים גדולים ולשמור על ירושה של מידע גידול על פני גביש הזרע, הוא יכול לדכא פולימורפיזם.
5. טכנולוגיית בקרת לחץ נמוכה
במהלך תהליך צמיחת הגביש, נוכחות של מתח יכולה לגרום לשינויים במישורי הגביש הפנימיים שלסיליקה קרבידלהתכופף, מה שמוביל לאיכות ירודה של הגביש ואף לסדיקה. יתר על כן, מאמץ גדול יכול להוביל לעלייה בנקעים במישור הבסיס של הוופל. פגמים אלה יכולים לחדור לשכבה האפיטקסיאלית במהלך התהליך האפיטקסיאלי, ולפגוע קשות בביצועי המכשיר בשלב מאוחר יותר.
להלן מספר שיטות לשיפור תהליך הפחתת הלחץ בתוך הגביש:
1. התאם את התפלגות שדה הטמפרטורה ואת פרמטרי התהליך כדי לאפשר SiC יחידצמיחת גבישיםלהמשיך בתנאים הקרובים ככל האפשר לשיווי משקל.
2. אופטימיזציה של מבנה וצורת כור ההיתוך כדי לאפשר לגביש לגדול בחופשיות ככל האפשר במצב בלתי מוגבל.
3. בנוגע לקיבוע גביש הזרעים, יש לשנות את תהליך הקיבוע כדי להפחית את ההבדל במקדמי ההתפשטות התרמית בין גביש הזרעים למחזיק הגרפיט במהלך החימום, ובכך למזער את המאמץ הפנימי בתוך הגביש היחיד 4H-SiC. גישה נפוצה היא להשאיר מרווח של 2 מ"מ בין גביש הזרעים למחזיק הגרפיט.
4. שינוי תהליך חישול הגביש על ידי יישום חישול מקורר בתנור עבור הגביש. התאמת טמפרטורת החישול ומשכו כדי לשחרר לחלוטין את הלחץ הפנימי בתוך הגביש.
במבט קדימה, טכנולוגיית הכנת גביש יחיד מסיליקון קרביד (SiC) באיכות גבוהה תתפתח בכמה כיוונים מרכזיים:
1. הגדלת גודל פרוסת הוואפל: קוטר גבישי ה-SiC התקדם ממילימטרים ראשוניים לפרוסות הנוכחיות בגודל 6 אינץ', 8 אינץ' ואף גדולות יותר בגודל 12 אינץ'. הכנת גבישי SiC גדולים יותר משפרת את יעילות הייצור, מפחיתה עלויות ועונה על הדרישות של התקנים בעלי הספק גבוה.
2. שיפור איכות הגביש: גבישי SiC איכותיים הם קריטיים עבור התקנים בעלי ביצועים גבוהים. למרות שהושגה התקדמות משמעותית, פגמים כגון מיקרו-צינורות, נקעים וזיהומים עדיין קיימים, ומשפיעים על ביצועי ההתקן ואמינותו.
3. הפחתת עלויות ייצור: העלות הגבוהה יחסית של הכנת גבישי SiC מגבילה את יישומם בתחומים מסוימים. ניתן להשיג הפחתת עלויות על ידי אופטימיזציה של תהליכי גידול, שיפור יעילות הייצור והפחתת הוצאות חומרי גלם.
4. יישום ייצור חכם: עם ההתקדמות בבינה מלאכותית ובנתוני עתק, טכנולוגיית צמיחת גבישים של SiC תאמץ יותר ויותר אינטליגנציה. ניטור ובקרה בזמן אמת באמצעות חיישנים ומערכות בקרה אוטומטיות משפרים את יציבות התהליך ואת יכולת הבקרה. במקביל, מינוף ניתוח נתוני עתק ממטב את נתוני הצמיחה, ובכך משפר את איכות הגביש ואת יעילות הייצור.
טכנולוגיית ההכנה של גבישים בודדים מסיליקון קרביד באיכות גבוהה היא אחת הנקודות החמות כיום במחקר חומרי מוליכים למחצה. עם ההתקדמות המתמשכת של הטכנולוגיה, טכנולוגיית גידול גבישי סיליקון קרביד תמשיך להתפתח ולהשתפר, ותספק בסיס איתן יותר ליישום סיליקון קרביד בתחומים של טמפרטורה גבוהה, תדר גבוה, הספק גבוה ותחומים אחרים.
זמן פרסום: 10 ביולי 2025