SiCИма карактеристики на голем енергетски јаз, висока топлинска спроводливост, висока јачина на критичното распаѓачко поле и висока стапка на поместување на електрони. Може да ги задоволи барањата за примена при услови на висока температура, висок притисок, висока фреквенција и висока моќност. Може да се користи широко во возила со нова енергија, фотоволтаични системи, индустриска контрола, радиофреквентни комуникации и други области. Со брзиот развој на сродните индустрии, пазарот на полупроводници од трета генерација претставен со силициум карбид отвори нови можности.
Растот на кристали е основна алка во производството на супстрат од силициум карбид, а основната опрема е печката за раст на кристали. Слично на традиционалните печки за раст на кристали од кристален силициум, структурата на печката не е многу комплицирана. Таа главно е составена од тело на печката, систем за греење, механизам за пренос на калем, систем за аквизиција и мерење на вакуум, систем за гасна патека, систем за ладење, систем за контрола итн. Термичкото поле и условите на процесот ги одредуваат клучните индикатори за квалитетот, големината, спроводливоста и другите клучни индикатори на кристалот од силициум карбид.
Ⅰ. Тешкотии во технологијата за раст на кристали од силициум карбид
Температурата на раст на кристалите на силициум карбид е многу висока и не може да се следи, па затоа главната тешкотија лежи во самиот процес:
(1)Тешкотија во контролирањето на термичкото полеСледењето на затворената шуплина со висока температура е тешко и неконтролирано. За разлика од традиционалната опрема за раст на кристали со раствор на база на силициум, која има висок степен на автоматизација и процесот на раст на кристалите може да се набљудува, контролира и прилагодува, кристалите од силициум карбид растат во затворен простор во средина со висока температура над 2.000°C, а температурата на раст треба прецизно да се контролира за време на производството, што ја отежнува контролата на температурата;
(2)Тешкотија во контролирањето на кристалната формаМикроцевките, полиморфните инклузии, дислокациите и другите дефекти се склони да се појават за време на процесот на раст и тие влијаат и еволуираат едни со други. Микроцевките (МП) се дефекти од типот на прекумерен опсег со големина од неколку микрони до десетици микрони, кои се дефекти-убијци на уредите. Монокристалите од силициум карбид вклучуваат повеќе од 200 различни кристални форми, но само неколку кристални структури (Тип 4H) се полупроводнички материјали потребни за производство. Трансформацијата на кристалната форма е склона да се случи за време на процесот на раст, што резултира со полиморфни дефекти на вклучување. Затоа, потребно е прецизно да се контролираат параметри како што се односот силициум-јаглерод, градиентот на температурата на раст, стапката на раст на кристалите и притисокот на протокот на гас.
Покрај тоа, постои температурен градиент во термичкото поле на раст на монокристал од силициум карбид, што доведува до природен внатрешен стрес и резултирачките дислокации (дислокација на базалната рамнина BPD, дислокација на завртката TSD, дислокација на работ TED) за време на процесот на раст на кристалот, со што се влијае на квалитетот и перформансите на последователната епитаксија и уредите.
(3)Тешка контрола на допингВнесувањето на надворешни нечистотии мора строго да се контролира за да се добие спроводлив кристал со насочено допирање;
(4)Бавна стапка на растСтапката на раст на силициум карбид е многу бавна. Традиционаленсиликонски материјалипотребни се само 3 дена за да пораснат во кристална прачка, додека на кристалните прачки од силициум карбид им се потребни 7 дена. Ова води до природно пониска ефикасност на производството на силициум карбид и многу ограничено производство.
Од друга страна, параметрите на епитаксијалниот раст на силициум карбид се исклучително тешки, вклучувајќи ја херметичката непропустливост на опремата, стабилноста на притисокот на гасот во реакционата комора, прецизната контрола на времето на воведување на гасот, точноста на односот на гасот и строгото управување со температурата на таложење. Особено, со подобрувањето на нивото на отпорен напон на уредот, тешкотијата за контрола на основните параметри на епитаксијалната плочка значително се зголеми.
Покрај тоа, со зголемувањето на дебелината на епитаксијалниот слој, како да се контролира униформноста на отпорноста и да се намали густината на дефектите, а воедно да се обезбеди дебелина, стана уште еден голем предизвик. Во електрифицираниот систем за контрола, потребно е да се интегрираат високопрецизни сензори и актуатори за да се обезбеди прецизно и стабилно регулирање на различни параметри. Во исто време, оптимизацијата на алгоритмот за контрола е исто така клучна. Треба да може да ја прилагоди стратегијата за контрола во реално време според сигналот за повратна информација за да се прилагоди на различните промени воепитаксијален раст на силициум карбидпроцес.
Ⅱ. Главните тешкотии во производството на силициум карбидни подлоги:
1. Температурата на раст е над 2000℃, што е двојно повисока од онаа на силициумот.
2. Дебелината на кристалната прачка е мала за време на периодот на раст на кристалот, а кристална прачка од силициум карбид од 2 см расте за 7 дена.
3. Барањата за кристален тип се високи, а има само неколку монокристални силициум карбиди со кристални структури.
4. Абењето при сечење е високо, а силициум карбидот има исклучително висока тврдост.
Накратко, скапото време и сложената технологија на обработка ја одредуваат високата цена на силициум карбидните супстрати, што ја ограничува примената на силициум карбид.
III. Класификација на печки за раст на кристали
Според различните методи на загревање, печките за раст на кристали може да се поделат на индукциски тип и отпорен тип. Во моментов, поголемиот дел од опремата на пазарот е индукциски тип, кој има предности како ниска цена, едноставна структура, лесно одржување и висока термичка ефикасност. Сепак, поради ефектот на електромагнетна индукција, аксијалната температура и радијалната температура на индукциското загревање се поврзани, и невозможно е да се земат предвид и брзината на раст на кристалите и квалитетот на растот на кристалите.
Платформата за раст на отпорно термичко поле може прецизно да ја контролира аксијалната и радијалната температура, соодветно, што е погодно за раст на големи кристали и ја подобрува стапката на раст на кристалите. Таа е едно од решенијата за иден висококвалитетен раст на 8-инчни кристали од силициум карбид.
Споредба помеѓу методот на индукција и методот на отпор:
| Метод на индукција | Метод на отпор | |
| Принцип на работа | Индукционото греење е метод на термичка обработка што го користи магнетниот ефект на електричната струја за да создаде релативно висока густина на индуцирана струја на површинскиот слој на работното парче, брзо го загрева до аустенитната состојба, а потоа брзо го лади за да се добие мартензитна структура. | Греењето со отпор ја користи Џуловата топлина генерирана од струјата што минува низ проводникот како извор на топлина. Може да се подели во две категории: индиректно греење со отпор (електричен греен елемент или спроводлив медиум) и директно греење со отпор. |
| Контрола на температурата | Индукцискиот метод го загрева внатрешното магнетно поле преку индукциската намотка надвор од садот за готвење. Брзината на загревање е голема, но растојанието помеѓу индукциската намотка и садот за готвење е големо, површината на зрачење е дисперзирана и тешко е прецизно да се контролира генерирањето на топлина од површината на садот за готвење во хоризонтална насока. | Методот на отпор поставува посебен грејач, кој е блиску до садот за печење. Со прилагодување на грејачот, температурата на површината на садот за печење може попрецизно да се контролира. |
| Растење на кристали со голема големина | При додавање на повеќе грејни калеми во структурата на термичко поле со индукциски метод, магнетните полиња може да се мешаат едни со други, што резултира со тоа што магнетното поле и топлината не се лесно распределени според намената на дизајнот, што влијае на ефектот на греење и растот на кристалите. | Полесно е да се дизајнира повеќестепен независен систем за греење со контрола за опрема за раст на кристали со отпорно греење, а радијалниот градиент на самата опрема е мал, што може да ги задоволи потребите за раст на кристали со голема големина. |
| Циклус на раст на кристали | Растот на кристалите со индукциски метод трае околу 10 дена, жарењето трае 10-15 дена, а вкупниот циклус на раст е 20-25 дена. | Циклусот на раст на кристалите е околу 5-7 дена, и може да се жари автоматски, а температурата полека паѓа по прекин на електричната енергија. |
| Потрошувачка на енергија | Потрошувачката на енергија на методот со отпор е 2-3 пати поголема од онаа на индукцискиот метод. | |
| Ниво на принос | Приносот на кристали одгледувани со печка за раст на кристали со метод на отпор е значително подобрен во споредба со печката за раст на кристали со индукциски метод. | |
Време на објавување: 24 јуни 2025 година