SiCახასიათებს დიდი ზოლური უფსკრული, მაღალი თბოგამტარობა, კრიტიკული დაშლის ველის მაღალი სიძლიერე და ელექტრონების გაჯერების მაღალი დრეიფის სიჩქარე. მას შეუძლია დააკმაყოფილოს გამოყენების მოთხოვნები მაღალი ტემპერატურის, მაღალი წნევის, მაღალი სიხშირის და მაღალი სიმძლავრის პირობებში. მისი ფართოდ გამოყენება შესაძლებელია ახალი ენერგიის სატრანსპორტო საშუალებებში, ფოტოელექტრულ სისტემაში, სამრეწველო კონტროლში, რადიოსიხშირულ კომუნიკაციებსა და სხვა სფეროებში. დაკავშირებული ინდუსტრიების სწრაფი განვითარებით, მესამე თაობის ნახევარგამტარების ბაზარმა, რომელიც წარმოდგენილია სილიციუმის კარბიდით, ახალი შესაძლებლობები წარმოშვა.
კრისტალების ზრდა სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატის წარმოების ძირითადი რგოლია, ხოლო ძირითადი აღჭურვილობა არის კრისტალების ზრდის ღუმელი. ტრადიციული კრისტალური სილიციუმის დონის კრისტალების ზრდის ღუმელების მსგავსად, ღუმელის სტრუქტურა არც ისე რთულია. იგი ძირითადად შედგება ღუმელის კორპუსის, გათბობის სისტემის, ხვეულის გადაცემის მექანიზმის, ვაკუუმის შეგროვებისა და გაზომვის სისტემის, გაზის გზის სისტემის, გაგრილების სისტემის, მართვის სისტემის და ა.შ. თერმული ველი და პროცესის პირობები განსაზღვრავს სილიციუმის კარბიდის კრისტალების ხარისხის, ზომის, გამტარობის და სხვა ძირითადი მაჩვენებლების ძირითად მაჩვენებლებს.
Ⅰ. სილიციუმის კარბიდის კრისტალების ზრდის ტექნოლოგიაში არსებული სირთულეები
სილიციუმის კარბიდის კრისტალების ზრდის ტემპერატურა ძალიან მაღალია და მისი მონიტორინგი შეუძლებელია, ამიტომ მთავარი სირთულე თავად პროცესშია:
(1)თერმული ველის კონტროლის სირთულედახურული მაღალი ტემპერატურის ღრუს მონიტორინგი რთულია და უკონტროლო. ტრადიციული სილიციუმის ბაზაზე დამზადებული ხსნარზე მომუშავე კრისტალების ზრდის მოწყობილობისგან განსხვავებით, რომელსაც აქვს მაღალი ხარისხის ავტომატიზაცია და კრისტალების ზრდის პროცესის დაკვირვება, კონტროლი და რეგულირება შესაძლებელია, სილიციუმის კარბიდის კრისტალები იზრდება დახურულ სივრცეში, 2000°C-ზე მაღალი ტემპერატურის გარემოში და წარმოების დროს ზრდის ტემპერატურა ზუსტად უნდა იყოს კონტროლირებადი, რაც ტემპერატურის კონტროლს ართულებს;
(2)კრისტალური ფორმის კონტროლის სირთულემიკრომილები, პოლიმორფული ჩანართები, დისლოკაციები და სხვა დეფექტები ზრდის პროცესში მიდრეკილია წარმოქმნისკენ და ისინი გავლენას ახდენენ და ვითარდებიან ერთმანეთზე. მიკრომილები (MP) არის გამჭოლი ტიპის დეფექტები, რომელთა ზომა რამდენიმე მიკრონიდან ათეულ მიკრონამდეა და რომლებიც მოწყობილობების მკვლელი დეფექტებია. სილიციუმის კარბიდის მონოკრისტალები მოიცავს 200-ზე მეტ სხვადასხვა კრისტალურ ფორმას, მაგრამ მხოლოდ რამდენიმე კრისტალურ სტრუქტურას (4H ტიპი) წარმოებისთვის საჭირო ნახევარგამტარული მასალებია. ზრდის პროცესში კრისტალის ფორმის ტრანსფორმაცია, რაც პოლიმორფული ინკლუზიური დეფექტების წარმოქმნას იწვევს, საკმაოდ ზუსტია. ამიტომ, აუცილებელია ისეთი პარამეტრების ზუსტად კონტროლი, როგორიცაა სილიციუმი-ნახშირბადის თანაფარდობა, ზრდის ტემპერატურის გრადიენტი, კრისტალის ზრდის ტემპი და გაზის ნაკადის წნევა.
გარდა ამისა, სილიციუმის კარბიდის მონოკრისტალის ზრდის თერმულ ველში არსებობს ტემპერატურის გრადიენტი, რაც იწვევს ბუნებრივ შინაგან სტრესს და შედეგად გამოწვეულ დისლოკაციებს (ბაზალური სიბრტყის დისლოკაცია BPD, ხრახნიანი დისლოკაცია TSD, კიდის დისლოკაცია TED) კრისტალის ზრდის პროცესის დროს, რითაც გავლენას ახდენს შემდგომი ეპიტაქსიისა და მოწყობილობების ხარისხსა და მუშაობაზე.
(3)რთული დოპინგის კონტროლიგარე მინარევების შეყვანა მკაცრად უნდა იყოს კონტროლირებადი, მიმართულების მქონე დოპინგის მქონე გამტარი კრისტალის მისაღებად;
(4)ნელი ზრდის ტემპისილიციუმის კარბიდის ზრდის ტემპი ძალიან ნელია. ტრადიციულისილიკონის მასალებიკრისტალურ ღეროდ გასაზრდელად მხოლოდ 3 დღეა საჭირო, ხოლო სილიციუმის კარბიდის კრისტალურ ღეროებს - 7 დღე. ეს იწვევს სილიციუმის კარბიდის წარმოების ბუნებრივად დაბალ ეფექტურობას და ძალიან შეზღუდულ წარმოებას.
მეორე მხრივ, სილიციუმის კარბიდის ეპიტაქსიური ზრდის პარამეტრები უკიდურესად მომთხოვნია, მათ შორის აღჭურვილობის ჰერმეტულობა, რეაქციის კამერაში გაზის წნევის სტაბილურობა, გაზის შეყვანის დროის ზუსტი კონტროლი, გაზის თანაფარდობის სიზუსტე და დეპონირების ტემპერატურის მკაცრი მართვა. კერძოდ, მოწყობილობის გამძლეობის ძაბვის დონის გაუმჯობესებასთან ერთად, ეპიტაქსიური ვაფლის ძირითადი პარამეტრების კონტროლის სირთულე მნიშვნელოვნად გაიზარდა.
გარდა ამისა, ეპიტაქსიური ფენის სისქის ზრდასთან ერთად, კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი გამოწვევა გახდა წინაღობის ერთგვაროვნების კონტროლი და დეფექტის სიმკვრივის შემცირება სისქის უზრუნველყოფის პარალელურად. ელექტრიფიცირებულ მართვის სისტემაში აუცილებელია მაღალი სიზუსტის სენსორებისა და აქტივატორების ინტეგრირება, რათა უზრუნველყოფილი იყოს სხვადასხვა პარამეტრის ზუსტი და სტაბილური რეგულირება. ამავდროულად, მართვის ალგორითმის ოპტიმიზაციაც მნიშვნელოვანია. მას უნდა შეეძლოს მართვის სტრატეგიის რეალურ დროში რეგულირება უკუკავშირის სიგნალის მიხედვით, რათა მოერგოს სხვადასხვა ცვლილებებს.სილიციუმის კარბიდის ეპიტაქსიური ზრდაპროცესი.
Ⅱ. სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატების წარმოების ძირითადი სირთულეები:
1. ზრდის ტემპერატურა 2000℃-ზე მეტია, რაც სილიციუმის ტემპერატურაზე ორჯერ მაღალია.
2. კრისტალის ზრდის პერიოდში კრისტალური ღეროს სისქე მცირეა და 2 სმ-იანი სილიციუმის კარბიდის კრისტალური ღერო 7 დღეში იზრდება.
3. კრისტალური ტიპის მოთხოვნები მაღალია და არსებობს მხოლოდ რამდენიმე ერთკრისტალური სილიციუმის კარბიდი კრისტალური სტრუქტურებით.
4. ჭრის ცვეთა მაღალია და სილიციუმის კარბიდს უკიდურესად მაღალი სიმტკიცე აქვს.
შეჯამებისთვის, ძვირადღირებული დრო და რთული დამუშავების ტექნოლოგია განსაზღვრავს სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატების მაღალ ფასს, რაც ზღუდავს სილიციუმის კარბიდის გამოყენებას.
III. კრისტალების ზრდის ღუმელების კლასიფიკაცია
სხვადასხვა გათბობის მეთოდის მიხედვით, კრისტალების ზრდის ღუმელები შეიძლება დაიყოს ინდუქციური ტიპისა და წინააღმდეგობის ტიპის. ამჟამად, ბაზარზე არსებული აღჭურვილობის უმეტესობა ინდუქციური ტიპისაა, რომელსაც აქვს დაბალი ღირებულება, მარტივი სტრუქტურა, მოსახერხებელი მოვლა და მაღალი თერმული ეფექტურობა. თუმცა, ელექტრომაგნიტური ინდუქციის ეფექტის გამო, ინდუქციური გათბობის ღერძული და რადიალური ტემპერატურა ერთმანეთთანაა დაკავშირებული და შეუძლებელია როგორც კრისტალის ზრდის სიჩქარის, ასევე კრისტალის ზრდის ხარისხის გათვალისწინება.
წინააღმდეგობის თერმული ველის ზრდის პლატფორმას შეუძლია ზუსტად აკონტროლოს შესაბამისად ღერძული და რადიალური ტემპერატურა, რაც ხელს უწყობს დიდი ზომის კრისტალების ზრდას და აუმჯობესებს კრისტალების ზრდის ტემპს. ეს წარმოადგენს ერთ-ერთ გადაწყვეტას მაღალი ხარისხის 8 დიუმიანი სილიციუმის კარბიდის კრისტალების მომავლის ზრდისთვის.
ინდუქციისა და წინააღმდეგობის მეთოდებს შორის შედარება:
| ინდუქციის მეთოდი | წინააღმდეგობის მეთოდი | |
| მუშაობის პრინციპი | ინდუქციური გათბობა არის თერმული დამუშავების მეთოდი, რომელიც იყენებს ელექტრული დენის მაგნიტურ ეფექტს სამუშაო ნაწილის ზედაპირულ ფენაზე ინდუცირებული დენის შედარებით მაღალი სიმკვრივის შესაქმნელად, სწრაფად ათბობს მას აუსტენიტის მდგომარეობამდე და შემდეგ სწრაფად აგრილებს მას მარტენსიტული სტრუქტურის მისაღებად. | წინააღმდეგობით გათბობა სითბოს წყაროდ იყენებს გამტარში გამავალი დენის მიერ გენერირებულ ჯოულის სითბოს. ის შეიძლება დაიყოს ორ კატეგორიად: არაპირდაპირი წინააღმდეგობით გათბობა (ელექტრო გამათბობელი ელემენტი ან გამტარი საშუალება) და პირდაპირი წინააღმდეგობით გათბობა. |
| ტემპერატურის კონტროლი | ინდუქციური მეთოდი აცხელებს შიდა მაგნიტურ ველს ტიგანის გარეთ არსებული ინდუქციური ხვეულის მეშვეობით. გათბობის სიჩქარე მაღალია, მაგრამ ინდუქციურ ხვეულსა და ტიგანს შორის მანძილი დიდია, გამოსხივების არეალი გაფანტულია და ტიგანის ზედაპირიდან ჰორიზონტალური მიმართულებით სითბოს გენერაციის ზუსტი კონტროლი რთულია. | წინააღმდეგობის მეთოდი ცალკე გამათბობელს ამონტაჟებს, რომელიც ტიტანის ქვაბთან ახლოს მდებარეობს. გამათბობლის რეგულირებით, ტიტანის ქვაბის ზედაპირის ტემპერატურის უფრო ზუსტად კონტროლი შესაძლებელია. |
| დიდი ზომის კრისტალების ზრდა | ინდუქციური მეთოდის თერმული ველის სტრუქტურაში რამდენიმე გამათბობელი კოჭას დამატებისას, მაგნიტურმა ველებმა შეიძლება ერთმანეთში ჯვარედინი ურთიერთქმედება გამოიწვიოს, რის შედეგადაც მაგნიტური ველი და სითბო ადვილად არ განაწილდება დიზაინის მიზნის შესაბამისად, რაც გავლენას ახდენს გათბობის ეფექტსა და კრისტალების ზრდაზე. | წინააღმდეგობის გაცხელების კრისტალების ზრდის მოწყობილობისთვის უფრო ადვილია მრავალსაფეხურიანი დამოუკიდებელი მართვის გათბობის სისტემის დაპროექტება, ხოლო თავად მოწყობილობის რადიალური გრადიენტი მცირეა, რაც დააკმაყოფილებს დიდი ზომის კრისტალების ზრდის საჭიროებებს. |
| კრისტალების ზრდის ციკლი | ინდუქციური მეთოდით კრისტალების ზრდას დაახლოებით 10 დღე სჭირდება, გამოწვას - 10-15 დღე, ხოლო ზრდის საერთო ციკლი 20-25 დღეა. | კრისტალის ზრდის ციკლი დაახლოებით 5-7 დღეა და მისი გახურება ავტომატურად შეიძლება, ხოლო ელექტროენერგიის გათიშვის შემდეგ ტემპერატურა ნელ-ნელა ეცემა. |
| ენერგიის მოხმარება | წინააღმდეგობის მეთოდის ენერგიის მოხმარება 2-3-ჯერ მეტია, ვიდრე ინდუქციის მეთოდის. | |
| მოსავლიანობის დონე | წინააღმდეგობის მეთოდით კრისტალების ზრდის ღუმელით გაზრდილი კრისტალების მოსავლიანობა მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებულია ინდუქციური მეთოდით კრისტალების ზრდის ღუმელთან შედარებით. | |
გამოქვეყნების დრო: 2025 წლის 24 ივნისი