SiCүлкен тыйым салынған аймақ, жоғары жылу өткізгіштік, жоғары сыни тесілу өрісінің кернеулігі және электрондардың қанығу жылдамдығының жоғары сипаттамаларына ие. Ол жоғары температура, жоғары қысым, жоғары жиілік және жоғары қуат жағдайларында қолдану талаптарына сай келеді. Оны жаңа энергия көліктерінде, фотоэлектрлік техникада, өнеркәсіптік басқаруда, радиожиілікті байланыста және басқа да салаларда кеңінен қолдануға болады. Байланысты салалардың қарқынды дамуымен кремний карбидімен ұсынылған үшінші буын жартылай өткізгіштер нарығы жаңа мүмкіндіктерді ашты.
Кристалл өсіру кремний карбиді субстратын өндірудің негізгі буыны болып табылады, ал негізгі жабдық кристалл өсіру пеші болып табылады. Дәстүрлі кристалды кремний класты кристалл өсіру пештеріне ұқсас, пештің құрылымы аса күрделі емес. Ол негізінен пеш корпусынан, жылыту жүйесінен, катушка беру механизмінен, вакуумды алу және өлшеу жүйесінен, газ жолынан, салқындату жүйесінен, басқару жүйесінен және т.б. тұрады. Жылу өрісі мен процесс жағдайлары кремний карбиді кристалының сапасының, өлшемінің, өткізгіштігінің және басқа да негізгі көрсеткіштерінің негізгі көрсеткіштерін анықтайды.
I. Кремний карбиді кристалдарын өсіру технологиясындағы қиындықтар
Кремний карбиді кристалының өсу температурасы өте жоғары және оны бақылау мүмкін емес, сондықтан негізгі қиындық процестің өзінде жатыр:
(1)Жылу өрісін басқарудағы қиындықтарЖабық жоғары температуралы қуысты бақылау қиын және бақылау мүмкін емес. Жоғары дәрежелі автоматтандыруға ие және кристалдардың өсу процесін бақылауға, басқаруға және реттеуге болатын дәстүрлі кремний негізіндегі ерітіндімен тартылатын кристалды өсіру жабдығынан айырмашылығы, кремний карбиді кристалдары 2000°C-тан жоғары температуралы ортада жабық кеңістікте өседі, ал өндіріс кезінде өсу температурасын дәл бақылау қажет, бұл температураны бақылауды қиындатады;
(2)Кристалл пішінін басқарудағы қиындықтарМикроқұбырлар, полиморфты қосындылар, дислокациялар және басқа да ақаулар өсу процесінде пайда болуы мүмкін және олар бір-біріне әсер етеді және дамиды. Микроқұбырлар (МҚ) - бірнеше микроннан ондаған микронға дейінгі өлшемдегі өтпелі типті ақаулар, олар құрылғылардың өлімге әкелетін ақаулары. Кремний карбидінің монокристалдарында 200-ден астам әртүрлі кристалдық формалар бар, бірақ тек бірнеше кристалдық құрылымдар ғана бар (4H түрі) өндіріс үшін қажетті жартылай өткізгіш материалдар болып табылады. Кристалл формасының трансформациясы өсу процесінде орын алуы мүмкін, бұл полиморфты қосу ақауларына әкеледі. Сондықтан кремний-көміртек қатынасы, өсу температурасының градиенті, кристаллдың өсу жылдамдығы және газ ағынының қысымы сияқты параметрлерді дәл бақылау қажет.
Сонымен қатар, кремний карбидінің монокристалл өсуінің жылу өрісінде температура градиенті бар, бұл кристалл өсу процесінде ішкі кернеуге және нәтижесінде пайда болатын дислокацияларға (базальды жазықтық дислокациясы BPD, бұранда дислокациясы TSD, жиек дислокациясы TED) әкеледі, осылайша кейінгі эпитаксиия мен құрылғылардың сапасы мен жұмысына әсер етеді.
(3)Допинг-бақылаудың қиындығыБағытталған қоспасы бар өткізгіш кристалды алу үшін сыртқы қоспалардың енгізілуін қатаң бақылау қажет;
(4)Баяу өсу қарқыныКремний карбидінің өсу қарқыны өте баяу. Дәстүрлікремний материалдарыкристалды таяқшаға айналу үшін небәрі 3 күн қажет, ал кремний карбиді кристалды таяқшалары 7 күн қажет. Бұл кремний карбиді өндірісінің табиғи түрде төмендеуіне және өнімнің өте шектеулі болуына әкеледі.
Екінші жағынан, кремний карбидінің эпитаксиалды өсуінің параметрлері өте күрделі, соның ішінде жабдықтың ауа өткізбейтіндігі, реакция камерасындағы газ қысымының тұрақтылығы, газды енгізу уақытын дәл бақылау, газ қатынасының дәлдігі және тұндыру температурасын қатаң басқару. Атап айтқанда, құрылғының төзімділік кернеуінің деңгейінің жақсаруымен эпитаксиалды пластинаның негізгі параметрлерін басқару қиындығы айтарлықтай артты.
Сонымен қатар, эпитаксиалды қабаттың қалыңдығының артуымен, кедергінің біркелкілігін қалай басқаруға және қалыңдықты қамтамасыз ете отырып, ақау тығыздығын қалай азайтуға болатыны тағы бір үлкен қиындыққа айналды. Электрлендірілген басқару жүйесінде әртүрлі параметрлерді дәл және тұрақты реттеуге болатынын қамтамасыз ету үшін жоғары дәлдіктегі сенсорлар мен жетектерді біріктіру қажет. Сонымен қатар, басқару алгоритмін оңтайландыру да өте маңызды. Ол әртүрлі өзгерістерге бейімделу үшін кері байланыс сигналына сәйкес басқару стратегиясын нақты уақыт режимінде реттей алуы керек.кремний карбидінің эпитаксиалды өсуіпроцесс.
Ⅱ. Кремний карбидті негіздерін өндірудегі негізгі қиындықтар:
1. Өсу температурасы 2000℃-тан жоғары, бұл кремнийге қарағанда екі есе жоғары.
2. Кристалл таяқшасының қалыңдығы кристаллдың өсу кезеңінде аз болады, ал 2 см кремний карбидінен жасалған кристалл таяқша 7 күнде өседі.
3. Кристалл түріне қойылатын талаптар жоғары, және кристалдық құрылымы бар монокристалды кремний карбиді аз ғана.
4. Кесу тозуы жоғары, ал кремний карбиді өте жоғары қаттылыққа ие.
Қорытындылай келе, қымбат уақыт шығындары және күрделі өңдеу технологиясы кремний карбиді негіздерінің жоғары құнын анықтайды, бұл кремний карбидін қолдануды шектейді.
III. Кристалды өсіру пештерінің жіктелуі
Әртүрлі қыздыру әдістеріне сәйкес, кристалды өсіру пештерін индукциялық және кедергілік типтерге бөлуге болады. Қазіргі уақытта нарықтағы жабдықтардың көпшілігі индукциялық типте, оның арзандығы, қарапайым құрылымы, ыңғайлы күтімі және жоғары жылу тиімділігі сияқты артықшылықтары бар. Дегенмен, электромагниттік индукциялық әсерге байланысты индукциялық қыздырудың осьтік температурасы мен радиалды температурасы біріктірілген, сондықтан кристалдың өсу жылдамдығын да, кристалдың өсу сапасын да ескеру мүмкін емес.
Кедергілік термиялық өрісті өсіру платформасы осьтік температураны және радиалды температураны дәл басқара алады, бұл үлкен өлшемді кристалдардың өсуіне ықпал етеді және кристалдардың өсу жылдамдығын жақсартады. Бұл болашақта жоғары сапалы 8 дюймдік кремний карбиді кристалдарының өсуіне арналған шешімдердің бірі.
Индукция әдісі мен кедергі әдісін салыстыру:
| Индукция әдісі | Қарсыласу әдісі | |
| Жұмыс принципі | Индукциялық қыздыру - бұл электр тогының магниттік әсерін пайдаланып, дайындаманың беткі қабатында салыстырмалы түрде жоғары тығыздықтағы индукциялық ток түзетін, оны аустенит күйіне дейін тез қыздыратын, содан кейін мартенситтік құрылым алу үшін тез салқындататын термиялық өңдеу әдісі. | Кедергілік қыздыру жылу көзі ретінде өткізгіш арқылы өтетін ток арқылы пайда болатын Джоуль жылуын пайдаланады. Оны екі санатқа бөлуге болады: жанама кедергілік қыздыру (электрлік қыздыру элементі немесе өткізгіш орта) және тікелей кедергілік қыздыру. |
| Температураны бақылау | Индукциялық әдіс ішкі магнит өрісін тигельдің сыртындағы индукциялық катушка арқылы қыздырады. Қыздыру жылдамдығы жоғары, бірақ индукциялық катушка мен тигель арасындағы қашықтық алыс, сәулелену аймағы шашыраңқы және тигель бетінің көлденең бағытта жылу түзілуін дәл басқару қиын. | Қарсыласу әдісі тигельге жақын орналасқан бөлек қыздырғышты орнатады. Қыздырғышты реттеу арқылы тигель бетінің температурасын дәлірек басқаруға болады. |
| Ірі өлшемді кристалдардың өсуі | Индукциялық әдіспен жасалған жылу өрісі құрылымына бірнеше қыздыру катушкаларын қосқан кезде, магнит өрістері бір-бірімен айқаспалы түрде араласуы мүмкін, нәтижесінде магнит өрісі мен жылу жобалау мақсатына сәйкес оңай таралмайды, бұл қыздыру әсеріне және кристалдардың өсуіне әсер етеді. | Кристалды өсіру жабдықтарына арналған кедергілі қыздыру үшін көп сатылы тәуелсіз басқару жылыту жүйесін жобалау оңайырақ, ал жабдықтың радиалды градиенті кішкентай, бұл үлкен өлшемді кристалды өсіру қажеттіліктерін қанағаттандыра алады. |
| Кристалл өсу циклі | Индукциялық әдіспен кристалдардың өсуі шамамен 10 күнге, күйдіру 10-15 күнге созылады, ал жалпы өсу циклі 20-25 күнге созылады. | Кристаллдың өсу циклі шамамен 5-7 күнді құрайды және оны автоматты түрде күйдіруге болады, ал электр қуаты өшкеннен кейін температура баяу төмендейді. |
| Энергия тұтыну | Кедергі әдісінің энергия шығыны индукциялық әдіске қарағанда 2-3 есе жоғары. | |
| Өнімділік деңгейі | Кедергі әдісімен кристалды өсіру пешінде өсірілген кристалдардың өнімділігі индукциялық әдіспен өсірілген кристалды өсіру пешімен салыстырғанда айтарлықтай жақсарады. | |
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 24 маусым