SiCчоң тилкелүү аралыгы, жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүгү, жогорку критикалык бузулуу талаасынын күчү жана жогорку электрондордун каныккандыгынын дрейф ылдамдыгы сыяктуу мүнөздөмөлөргө ээ. Ал жогорку температура, жогорку басым, жогорку жыштык жана жогорку кубаттуулук шарттарында колдонуу талаптарына жооп бере алат. Ал жаңы энергиялык унааларда, фотоэлектрикада, өнөр жайлык башкарууда, радиожыштык байланышында жана башка тармактарда кеңири колдонулушу мүмкүн. Байланыштуу тармактардын тез өнүгүшү менен, кремний карбиди менен көрсөтүлгөн үчүнчү муундагы жарым өткөргүчтөр рыногу жаңы мүмкүнчүлүктөрдү ачты.
Кристалл өстүрүү кремний карбидинин субстратын өндүрүүнүн негизги звеносу болуп саналат, ал эми негизги жабдуулар кристалл өстүрүү меши болуп саналат. Салттуу кристаллдык кремний классындагы кристалл өстүрүү мештерине окшош, мештин түзүлүшү анчалык татаал эмес. Ал негизинен мештин корпусунан, жылытуу системасынан, катушка берүү механизминен, вакуумдук алуу жана өлчөө системасынан, газ жолу системасынан, муздатуу системасынан, башкаруу системасынан ж.б. турат. Жылуулук талаасы жана процесстин шарттары кремний карбидинин кристаллынын сапатынын, өлчөмүнүн, өткөрүмдүүлүгүнүн жана башка негизги көрсөткүчтөрдүн негизги көрсөткүчтөрүн аныктайт.
I. Кремний карбидинин кристаллдарын өстүрүү технологиясындагы кыйынчылыктар
Кремний карбидинин кристаллдарынын өсүү температурасы өтө жогору жана аны көзөмөлдөө мүмкүн эмес, андыктан негизги кыйынчылык процесстин өзүндө жатат:
(1)Жылуулук талаасын башкаруудагы кыйынчылыкЖабык жогорку температурадагы көңдөйдү көзөмөлдөө кыйын жана башкарууга мүмкүн эмес. Жогорку деңгээлдеги автоматташтырылган жана кристаллдын өсүү процессин байкоого, башкарууга жана жөнгө салууга мүмкүн болгон салттуу кремний негизиндеги эритме менен тартылган кристалл өстүрүүчү жабдуулардан айырмаланып, кремний карбидинин кристаллдары 2000°C жогору жогорку температурадагы чөйрөдө жабык мейкиндикте өсөт жана өндүрүш учурунда өсүү температурасын так көзөмөлдөө керек, бул температураны көзөмөлдөөнү кыйындатат;
(2)Кристалл формасын көзөмөлдөөдөгү кыйынчылыкМикротүтүкчөлөр, полиморфтук кошулмалар, дислокациялар жана башка кемчиликтер өсүү процессинде пайда болушу мүмкүн жана алар бири-бирине таасир этет жана эволюцияланат. Микротүтүкчөлөр (МП) - бул бир нече микрондон ондогон микронго чейинки өлчөмдөгү өтмө типтеги кемчиликтер, алар түзүлүштөрдүн өлүмгө алып келүүчү кемчиликтери. Кремний карбидинин монокристалдары 200дөн ашык ар кандай кристалл формаларын камтыйт, бирок бир нече гана кристаллдык түзүлүштөр (4H түрү) өндүрүш үчүн талап кылынган жарым өткөргүч материалдар болуп саналат. Кристаллдын формасынын трансформациясы өсүү процессинде пайда болушу мүмкүн, бул полиморфтук кошулуу кемчиликтерине алып келет. Ошондуктан, кремний-көмүртек катышы, өсүү температурасынын градиенти, кристаллдын өсүү ылдамдыгы жана газ агымынын басымы сыяктуу параметрлерди так көзөмөлдөө зарыл.
Мындан тышкары, кремний карбидинин монокристаллдык өсүшүнүн жылуулук талаасында температура градиенти бар, ал кристаллдык өсүү процессинде ички чыңалууга жана натыйжада дислокацияларга (базалдык тегиздиктин дислокациясы BPD, бурама дислокациясы TSD, четтин дислокациясы TED) алып келет, ошону менен кийинки эпитаксиянын жана түзүлүштөрдүн сапатына жана иштешине таасир этет.
(3)Допингди көзөмөлдөө кыйынБагытталган легирлөө менен өткөргүч кристалл алуу үчүн тышкы кошулмалардын киргизилиши катуу көзөмөлдөнүшү керек;
(4)Өсүү темпи жайКремний карбидинин өсүү темпи абдан жай. Салттуукремний материалдарыКристалл таякчасына айлануу үчүн болгону 3 күн талап кылынат, ал эми кремний карбидинин кристалл таякчалары 7 күн талап кылынат. Бул кремний карбидинин өндүрүш натыйжалуулугунун табигый түрдө төмөндөшүнө жана өндүрүштүн өтө чектелүү болушуна алып келет.
Башка жагынан алганда, кремний карбидинин эпитаксиалдык өсүшүнүн параметрлери өтө талаптуу, анын ичинде жабдуулардын герметикалыктыгы, реакция камерасындагы газ басымынын туруктуулугу, газды киргизүү убактысын так көзөмөлдөө, газ катышынын тактыгы жана чөкмө температурасын катуу башкаруу. Атап айтканда, түзмөктүн туруштук берүү чыңалуу деңгээлинин жакшырышы менен эпитаксиалдык пластинанын өзөктүк параметрлерин башкаруунун кыйынчылыгы бир топ жогорулады.
Мындан тышкары, эпитаксиалдык катмардын калыңдыгынын жогорулашы менен, калыңдыгын камсыз кылуу менен бирге каршылыктын бирдейлигин кантип көзөмөлдөө жана кемчиликтин тыгыздыгын кантип азайтуу дагы бир чоң көйгөйгө айланды. Электрлештирилген башкаруу системасында ар кандай параметрлерди так жана туруктуу жөнгө салуу үчүн жогорку тактыктагы сенсорлорду жана аткаруучу механизмдерди интеграциялоо зарыл. Ошол эле учурда, башкаруу алгоритмин оптималдаштыруу да абдан маанилүү. Ал ар кандай өзгөрүүлөргө ыңгайлашуу үчүн кайтарым байланыш сигналына ылайык башкаруу стратегиясын реалдуу убакыт режиминде тууралай алышы керек.кремний карбидинин эпитаксиалдык өсүшүпроцесс.
Ⅱ. Кремний карбидинин субстраттарын өндүрүүдөгү негизги кыйынчылыктар:
1. Өсүү температурасы 2000℃ жогору, бул кремнийдикине караганда эки эсе жогору.
2. Кристаллдын өсүү мезгилинде кристалл таякчасынын калыңдыгы аз болот, ал эми 2 см кремний карбидинин кристалл таякчасы 7 күндө өсүп чыгат.
3. Кристалл түрүнө талаптар жогору, ал эми кристаллдык түзүлүшү бар бир нече гана монокристалл кремний карбиди бар.
4. Кесүүчү эскирүү жогору, ал эми кремний карбидинин катуулугу өтө жогору.
Кыскасы, кымбат убакыт жана татаал иштетүү технологиясы кремний карбидинин субстраттарынын жогорку баасын аныктайт, бул кремний карбидин колдонууну чектейт.
III. Кристалл өстүрүүчү мештердин классификациясы
Ар кандай жылытуу ыкмаларына ылайык, кристалл өстүрүүчү мештерди индукциялык жана каршылык түрүнө бөлүүгө болот. Учурда рыноктогу жабдуулардын көпчүлүгү индукциялык типте, ал арзан баада, жөнөкөй түзүлүштө, ыңгайлуу тейлөөдө жана жогорку жылуулук натыйжалуулугунда артыкчылыктарга ээ. Бирок, электромагниттик индукция эффектинен улам, индукциялык жылытуунун октук температурасы жана радиалдык температурасы бири-бири менен байланышкан жана кристалл өсүү ылдамдыгын да, кристалл өсүү сапатын да эске алуу мүмкүн эмес.
Каршылык көрсөтүүчү жылуулук талаасынын өсүү платформасы октук температураны жана радиалдык температураны так көзөмөлдөй алат, бул чоң өлчөмдөгү кристаллдардын өсүшүнө өбөлгө түзөт жана кристаллдардын өсүү ылдамдыгын жакшыртат. Бул келечектеги жогорку сапаттагы 8 дюймдук кремний карбидинин кристаллдарынын өсүшү үчүн чечимдердин бири.
Индукция ыкмасы менен каршылык ыкмасын салыштыруу:
| Индукция ыкмасы | Каршылык көрсөтүү ыкмасы | |
| Иштөө принциби | Индукциялык жылытуу - бул электр тогунун магниттик таасирин колдонуп, даяр буюмдун беттик катмарында салыштырмалуу жогорку тыгыздыктагы индукцияланган токту түзүүчү, аны тез аустенит абалына чейин ысытуучу жана андан кийин мартенситтик түзүлүштү алуу үчүн тез муздатуучу жылуулук менен иштетүү ыкмасы. | Каршылык менен жылытуу жылуулук булагы катары өткөргүч аркылуу өткөн токтун натыйжасында пайда болгон Джоуль жылуулугун колдонот. Аны эки категорияга бөлүүгө болот: кыйыр каршылык менен жылытуу (электрдик жылытуу элементи же өткөргүч чөйрө) жана түз каршылык менен жылытуу. |
| Температураны көзөмөлдөө | Индукциялык ыкма ички магнит талаасын тигельдин сыртындагы индукциялык катушка аркылуу ысытат. Жылытуу ылдамдыгы тез, бирок индукциялык катушка менен тигельдин ортосундагы аралык алыс, нурлануу аймагы чачыранды жана тигельдин бетинин горизонталдык багытта жылуулук бөлүп чыгаруусун так көзөмөлдөө кыйын. | Каршылык көрсөтүү ыкмасы тигельге жакын жайгашкан өзүнчө жылыткычты орнотот. Жылыткычты жөндөө менен тигельдин бетинин температурасын так башкарууга болот. |
| Чоң өлчөмдөгү кристаллдардын өсүшү | Индукциялык ыкманын жылуулук талаасынын түзүлүшүнө бир нече жылытуу катушкаларын кошкондо, магнит талаалары бири-бири менен кайчылаш тоскоолдук жаратышы мүмкүн, натыйжада магнит талаасы жана жылуулук долбоордук максатка ылайык оңой бөлүштүрүлбөй, ысытуу эффектине жана кристаллдын өсүшүнө таасир этет. | Каршылык көрсөтүүчү жылытуучу кристалл өстүрүү жабдуулары үчүн көп баскычтуу көз карандысыз башкаруу жылытуу системасын иштеп чыгуу оңой, ал эми жабдуулардын радиалдык градиенти кичинекей, бул чоң өлчөмдөгү кристалл өстүрүү муктаждыктарын канааттандыра алат. |
| Кристаллдын өсүү цикли | Индукциялык ыкма менен кристаллдын өсүшү болжол менен 10 күнгө, күйгүзүү 10-15 күнгө созулат, ал эми жалпы өсүү цикли 20-25 күнгө созулат. | Кристаллдын өсүү цикли болжол менен 5-7 күндү түзөт жана аны автоматтык түрдө күйгүзүүгө болот, ал эми электр энергиясы өчкөндөн кийин температура жай төмөндөйт. |
| Энергия керектөө | Каршылык көрсөтүү ыкмасынын энергия сарптоосу индукция ыкмасына караганда 2-3 эсе жогору. | |
| Түшүмдүүлүк деңгээли | Каршылык көрсөтүү ыкмасы менен өстүрүлгөн кристаллдардын түшүмү индукциялык ыкма менен өстүрүлгөн кристалл өстүрүүчү мешке салыштырмалуу бир топ жакшырган. | |
Жарыяланган убактысы: 2025-жылдын 24-июну