SiCTam ir lielas joslas spraugas, augsta siltumvadītspēja, augsts kritiskā sabrukšanas lauka stiprums un augsts elektronu piesātinājuma dreifa ātrums. Tas var atbilst lietojumprogrammu prasībām augstas temperatūras, augsta spiediena, augstas frekvences un lielas jaudas apstākļos. To var plaši izmantot jaunās enerģijas transportlīdzekļos, fotoelektriskajā elementā, rūpnieciskajā vadībā, radiofrekvenču sakaros un citās jomās. Līdz ar saistīto nozaru straujo attīstību trešās paaudzes pusvadītāju tirgus, ko pārstāv silīcija karbīds, ir radījis jaunas iespējas.
Kristālu audzēšana ir silīcija karbīda substrāta ražošanas galvenā saikne, un galvenā iekārta ir kristālu audzēšanas krāsns. Līdzīgi kā tradicionālajām kristāliskā silīcija kristālu audzēšanas krāsnīm, krāsns struktūra nav īpaši sarežģīta. Tā galvenokārt sastāv no krāsns korpusa, sildīšanas sistēmas, spoles pārvades mehānisma, vakuuma iegūšanas un mērīšanas sistēmas, gāzes padeves sistēmas, dzesēšanas sistēmas, vadības sistēmas utt. Silīcija karbīda kristālu kvalitātes, izmēra, vadītspējas un citu galveno rādītāju galvenos rādītājus nosaka termiskais lauks un procesa apstākļi.
II. Silīcija karbīda kristālu augšanas tehnoloģijas grūtības
Silīcija karbīda kristālu augšanas temperatūra ir ļoti augsta un to nevar kontrolēt, tāpēc galvenā grūtība slēpjas pašā procesā:
(1)Grūtības kontrolēt termisko laukuSlēgtas augstas temperatūras dobuma uzraudzība ir sarežģīta un nekontrolējama. Atšķirībā no tradicionālās uz silīcija bāzes veidotās kristālu audzēšanas iekārtas ar šķīduma vilkšanas metodi, kurai ir augsta automatizācijas pakāpe un kristālu augšanas procesu var novērot, kontrolēt un regulēt, silīcija karbīda kristāli aug slēgtā telpā augstas temperatūras vidē virs 2000°C, un ražošanas laikā ir precīzi jākontrolē augšanas temperatūra, kas apgrūtina temperatūras kontroli;
(2)Grūtības kontrolēt kristāla formuMikrocaurules, polimorfi ieslēgumi, dislokācijas un citi defekti ir pakļauti augšanas procesa rašanās riskam, un tie ietekmē un attīsta viens otru. Mikrocaurules (MP) ir caurspīdīgi defekti ar izmēru no vairākiem mikroniem līdz desmitiem mikronu, kas ir ierīču nāvējdefekti. Silīcija karbīda monokristāli ietver vairāk nekā 200 dažādas kristāla formas, bet tikai dažas kristāla struktūras (4H tips) ir pusvadītāju materiāli, kas nepieciešami ražošanai. Augšanas procesā ir tendence notikt kristāla formas transformācijai, kā rezultātā rodas polimorfi ieslēguma defekti. Tāpēc ir nepieciešams precīzi kontrolēt tādus parametrus kā silīcija-oglekļa attiecība, augšanas temperatūras gradients, kristāla augšanas ātrums un gāzes plūsmas spiediens.
Turklāt silīcija karbīda monokristāla augšanas termiskajā laukā pastāv temperatūras gradients, kas kristāla augšanas procesā rada dabisko iekšējo spriegumu un tā rezultātā dislokācijas (pamatplaknes dislokācija BPD, skrūves dislokācija TSD, malas dislokācija TED), tādējādi ietekmējot turpmākās epitaksijas un ierīču kvalitāti un veiktspēju.
(3)Sarežģīta dopinga kontroleLai iegūtu vadošu kristālu ar virziena dopingu, stingri jākontrolē ārējo piemaisījumu ievadīšana;
(4)Lēns augšanas tempsSilīcija karbīda augšanas ātrums ir ļoti lēns. Tradicionālssilīcija materiāliLai izaugtu kristāla stienī, nepieciešamas tikai 3 dienas, savukārt silīcija karbīda kristāla stieņiem nepieciešamas 7 dienas. Tas dabiski noved pie zemākas silīcija karbīda ražošanas efektivitātes un ļoti ierobežotas produkcijas.
No otras puses, silīcija karbīda epitaksiālās augšanas parametri ir ārkārtīgi prasīgi, tostarp iekārtas hermētiskums, gāzes spiediena stabilitāte reakcijas kamerā, precīza gāzes ievadīšanas laika kontrole, gāzes attiecības precizitāte un stingra nogulsnēšanas temperatūras kontrole. Jo īpaši, uzlabojoties ierīces izturības sprieguma līmenim, ir ievērojami palielinājusies grūtības kontrolēt epitaksiālās plāksnes pamatparametrus.
Turklāt, palielinoties epitaksiālā slāņa biezumam, vēl viens būtisks izaicinājums ir kļuvis par to, kā kontrolēt pretestības vienmērīgumu un samazināt defektu blīvumu, vienlaikus nodrošinot biezumu. Elektrificētajā vadības sistēmā ir jāintegrē augstas precizitātes sensori un izpildmehānismi, lai nodrošinātu, ka dažādus parametrus var precīzi un stabili regulēt. Vienlaikus ir svarīga arī vadības algoritma optimizācija. Tam jāspēj pielāgot vadības stratēģiju reāllaikā atbilstoši atgriezeniskās saites signālam, lai pielāgotos dažādām izmaiņām.silīcija karbīda epitaksiālā augšanaprocess.
II. Galvenās grūtības silīcija karbīda substrātu ražošanā:
1. Augšanas temperatūra ir virs 2000 ℃, kas ir divreiz augstāka nekā silīcijam.
2. Kristāla stieņa biezums kristāla augšanas periodā ir mazs, un 2 cm silīcija karbīda kristāla stienis izaug 7 dienās.
3. Kristāla tipa prasības ir augstas, un ir tikai daži monokristāla silīcija karbīdi ar kristāliskām struktūrām.
4. Griešanas nodilums ir augsts, un silīcija karbīdam ir ārkārtīgi augsta cietība.
Rezumējot, dārgās laika izmaksas un sarežģītā apstrādes tehnoloģija nosaka silīcija karbīda substrātu augstās izmaksas, kas ierobežo silīcija karbīda pielietojumu.
III. Kristālu audzēšanas krāšņu klasifikācija
Atkarībā no dažādām sildīšanas metodēm kristālu augšanas krāsnis var iedalīt indukcijas un pretestības tipa krāsnīs. Pašlaik lielākā daļa tirgū pieejamo iekārtu ir indukcijas tipa, kam ir tādas priekšrocības kā zemas izmaksas, vienkārša konstrukcija, ērta apkope un augsta termiskā efektivitāte. Tomēr elektromagnētiskās indukcijas efekta dēļ indukcijas sildīšanas aksiālā temperatūra un radiālā temperatūra ir saistītas, un nav iespējams ņemt vērā gan kristālu augšanas ātrumu, gan kristālu augšanas kvalitāti.
Pretestības termiskā lauka augšanas platforma var precīzi kontrolēt attiecīgi aksiālo un radiālo temperatūru, kas veicina liela izmēra kristālu augšanu un uzlabo kristālu augšanas ātrumu. Tas ir viens no risinājumiem nākotnes augstas kvalitātes 8 collu silīcija karbīda kristālu audzēšanai.
Indukcijas metodes un pretestības metodes salīdzinājums:
| Indukcijas metode | Pretestības metode | |
| Darbības princips | Indukcijas sildīšana ir termiskās apstrādes metode, kurā, izmantojot elektriskās strāvas magnētisko efektu, uz sagataves virsmas slāņa tiek radīts relatīvi augsts inducētās strāvas blīvums, ātri uzsilda to līdz austenīta stāvoklim un pēc tam ātri atdzesē, lai iegūtu martensīta struktūru. | Pretestības sildīšanā kā siltuma avotu tiek izmantots Džoula siltums, ko rada caur vadītāju plūstošā strāva. To var iedalīt divās kategorijās: netiešā pretestības sildīšana (elektriskais sildelements vai vadoša vide) un tiešā pretestības sildīšana. |
| Temperatūras kontrole | Indukcijas metode uzsilda iekšējo magnētisko lauku caur indukcijas spoli ārpus tīģeļa. Sildīšanas ātrums ir liels, bet attālums starp indukcijas spoli un tīģeli ir liels, starojuma laukums ir izkliedēts, un ir grūti precīzi kontrolēt tīģeļa virsmas siltuma veidošanos horizontālā virzienā. | Pretestības metode iestata atsevišķu sildītāju, kas atrodas tuvu tīģelim. Regulējot sildītāju, tīģeļa virsmas temperatūru var precīzāk kontrolēt. |
| Liela izmēra kristālu augšana | Pievienojot indukcijas metodes termiskā lauka struktūrai vairākas sildīšanas spoles, magnētiskie lauki var savstarpēji traucēt, kā rezultātā magnētiskais lauks un siltums nevar viegli sadalīties atbilstoši paredzētajam mērķim, ietekmējot sildīšanas efektu un kristālu augšanu. | Kristālu augšanas iekārtām pretestības sildīšanas nolūkos ir vieglāk izstrādāt daudzpakāpju neatkarīgu vadības sildīšanas sistēmu, un pašas iekārtas radiālais gradients ir mazs, kas var apmierināt liela izmēra kristālu augšanas vajadzības. |
| Kristālu augšanas cikls | Indukcijas metodes kristālu augšana aizņem apmēram 10 dienas, atkvēlināšana - 10-15 dienas, un kopējais augšanas cikls ir 20-25 dienas. | Kristāla augšanas cikls ir apmēram 5–7 dienas, to var automātiski atkausēt, un pēc strāvas padeves pārtraukuma temperatūra lēnām pazeminās. |
| Enerģijas patēriņš | Pretestības metodes enerģijas patēriņš ir 2–3 reizes lielāks nekā indukcijas metodes enerģijas patēriņš. | |
| Ienesīguma līmenis | Ar pretestības metodes kristālu augšanas krāsni audzēto kristālu raža ir ievērojami uzlabota, salīdzinot ar indukcijas metodes kristālu augšanas krāsni. | |
Publicēšanas laiks: 2025. gada 24. jūnijs