SiCmempunyai ciri-ciri jurang jalur yang besar, kekonduksian terma yang tinggi, kekuatan medan pecahan kritikal yang tinggi, dan kadar hanyutan tepu elektron yang tinggi. Ia boleh memenuhi keperluan aplikasi di bawah suhu tinggi, tekanan tinggi, frekuensi tinggi, dan keadaan kuasa tinggi. Ia boleh digunakan secara meluas dalam kenderaan tenaga baharu, fotovoltaik, kawalan perindustrian, komunikasi frekuensi radio dan bidang lain. Dengan perkembangan pesat industri berkaitan, pasaran semikonduktor generasi ketiga yang diwakili oleh silikon karbida telah membawa peluang baharu.
Pertumbuhan hablur merupakan penghubung teras penghasilan substrat silikon karbida, dan peralatan terasnya ialah relau pertumbuhan hablur. Sama seperti relau pertumbuhan hablur gred silikon kristal tradisional, struktur relau tidak begitu rumit. Ia terutamanya terdiri daripada badan relau, sistem pemanasan, mekanisme penghantaran gegelung, sistem pemerolehan dan pengukuran vakum, sistem laluan gas, sistem penyejukan, sistem kawalan, dan sebagainya. Medan terma dan keadaan proses menentukan petunjuk utama kualiti hablur silikon karbida, saiz, kekonduksian dan petunjuk utama yang lain.
Ⅰ. Kesukaran dalam teknologi pertumbuhan kristal silikon karbida
Suhu pertumbuhan kristal silikon karbida sangat tinggi dan tidak dapat dipantau, jadi kesukaran utama terletak pada proses itu sendiri:
(1)Kesukaran mengawal medan termaPemantauan rongga suhu tinggi yang tertutup adalah sukar dan tidak terkawal. Tidak seperti peralatan pertumbuhan kristal tarik larutan berasaskan silikon tradisional, yang mempunyai tahap automasi yang tinggi dan proses pertumbuhan kristal boleh diperhatikan, dikawal dan diselaraskan, kristal silikon karbida tumbuh di ruang tertutup dalam persekitaran suhu tinggi melebihi 2,000°C, dan suhu pertumbuhan perlu dikawal dengan tepat semasa pengeluaran, yang menjadikan kawalan suhu sukar;
(2)Kesukaran mengawal bentuk kristalMikropaip, rangkuman polimorfik, kehelan dan kecacatan lain mudah berlaku semasa proses pertumbuhan, dan ia saling mempengaruhi dan berkembang. Mikropaip (MP) ialah kecacatan jenis telus dengan saiz beberapa mikron hingga puluhan mikron, yang merupakan kecacatan utama peranti. Hablur tunggal silikon karbida merangkumi lebih daripada 200 bentuk kristal yang berbeza, tetapi hanya beberapa struktur kristal (Jenis 4H) adalah bahan semikonduktor yang diperlukan untuk pengeluaran. Transformasi bentuk kristal mudah berlaku semasa proses pertumbuhan, mengakibatkan kecacatan rangkuman polimorfik. Oleh itu, adalah perlu untuk mengawal parameter seperti nisbah silikon-karbon, kecerunan suhu pertumbuhan, kadar pertumbuhan kristal dan tekanan aliran gas dengan tepat.
Di samping itu, terdapat kecerunan suhu dalam medan haba pertumbuhan kristal tunggal silikon karbida, yang membawa kepada tekanan dalaman asli dan kehelan yang terhasil (kehelan satah basal BPD, kehelan skru TSD, kehelan tepi TED) semasa proses pertumbuhan kristal, sekali gus menjejaskan kualiti dan prestasi epitaksi dan peranti seterusnya.
(3)Kawalan doping yang sukar: Pengenalan bendasing luaran mesti dikawal ketat untuk mendapatkan kristal konduktif dengan pendopan berarah;
(4)Kadar pertumbuhan perlahanKadar pertumbuhan silikon karbida adalah sangat perlahan. Tradisionalbahan silikonhanya memerlukan 3 hari untuk tumbuh menjadi rod kristal, manakala rod kristal silikon karbida memerlukan 7 hari. Ini membawa kepada kecekapan pengeluaran silikon karbida yang lebih rendah secara semula jadi dan output yang sangat terhad.
Sebaliknya, parameter pertumbuhan epitaksi silikon karbida sangat mencabar, termasuk kedap udara peralatan, kestabilan tekanan gas dalam ruang tindak balas, kawalan masa pengenalan gas yang tepat, ketepatan nisbah gas, dan pengurusan suhu pemendapan yang ketat. Khususnya, dengan peningkatan tahap voltan tahan peranti, kesukaran mengawal parameter teras wafer epitaksi telah meningkat dengan ketara.
Di samping itu, dengan peningkatan ketebalan lapisan epitaksi, cara mengawal keseragaman kerintangan dan mengurangkan ketumpatan kecacatan sambil memastikan ketebalan telah menjadi satu lagi cabaran utama. Dalam sistem kawalan elektrik, adalah perlu untuk mengintegrasikan sensor dan penggerak berketepatan tinggi bagi memastikan pelbagai parameter dapat dikawal dengan tepat dan stabil. Pada masa yang sama, pengoptimuman algoritma kawalan juga penting. Ia perlu berupaya melaraskan strategi kawalan dalam masa nyata mengikut isyarat maklum balas untuk menyesuaikan diri dengan pelbagai perubahan dalampertumbuhan epitaksi silikon karbidaproses.
Ⅱ. Kesukaran utama dalam pembuatan substrat silikon karbida:
1. Suhu pertumbuhan adalah melebihi 2000℃, iaitu dua kali lebih tinggi daripada silikon.
2. Ketebalan rod kristal adalah kecil semasa tempoh pertumbuhan kristal, dan rod kristal silikon karbida 2cm tumbuh dalam 7 hari.
3. Keperluan jenis kristal adalah tinggi, dan hanya terdapat beberapa silikon karbida kristal tunggal dengan struktur kristal.
4. Haus pemotongan adalah tinggi, dan silikon karbida mempunyai kekerasan yang sangat tinggi.
Secara ringkasnya, kos masa yang mahal dan teknologi pemprosesan yang kompleks menentukan kos substrat silikon karbida yang tinggi, yang mengehadkan penggunaan silikon karbida.
III. Pengelasan relau pertumbuhan kristal
Mengikut kaedah pemanasan yang berbeza, relau pertumbuhan kristal boleh dibahagikan kepada jenis induksi dan jenis rintangan. Pada masa ini, kebanyakan peralatan di pasaran adalah jenis induksi, yang mempunyai kelebihan kos rendah, struktur mudah, penyelenggaraan mudah dan kecekapan haba yang tinggi. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh kesan induksi elektromagnet, suhu paksi dan suhu jejari pemanasan induksi digandingkan, dan mustahil untuk mengambil kira kedua-dua kelajuan pertumbuhan kristal dan kualiti pertumbuhan kristal.
Platform pertumbuhan medan haba rintangan masing-masing boleh mengawal suhu paksi dan suhu jejari dengan tepat, yang kondusif untuk pertumbuhan kristal bersaiz besar dan meningkatkan kadar pertumbuhan kristal. Ia merupakan salah satu penyelesaian untuk pertumbuhan kristal silikon karbida 8 inci berkualiti tinggi pada masa hadapan.
Perbandingan antara kaedah induksi dan kaedah rintangan:
| Kaedah induksi | Kaedah rintangan | |
| Prinsip kerja | Pemanasan induksi adalah kaedah rawatan haba yang menggunakan kesan magnet arus elektrik untuk menghasilkan ketumpatan arus teraruh yang agak tinggi pada lapisan permukaan bahan kerja, dengan cepat memanaskannya ke keadaan austenit, dan kemudian dengan cepat menyejukkannya untuk mendapatkan struktur martensitik. | Pemanasan rintangan menggunakan haba Joule yang dihasilkan oleh arus yang melalui konduktor sebagai sumber haba. Ia boleh dibahagikan kepada dua kategori: pemanasan rintangan tidak langsung (elemen pemanasan elektrik atau medium konduktif) dan pemanasan rintangan langsung. |
| Kawalan suhu | Kaedah induksi memanaskan medan magnet dalaman melalui gegelung induksi di luar mangkuk pijar. Kelajuan pemanasan adalah pantas, tetapi jarak antara gegelung induksi dan mangkuk pijar adalah jauh, kawasan sinaran tersebar, dan sukar untuk mengawal penjanaan haba permukaan mangkuk pijar dengan tepat dalam arah mendatar. | Kaedah rintangan menetapkan pemanas berasingan, yang berdekatan dengan mangkuk pijar. Dengan melaraskan pemanas, suhu permukaan mangkuk pijar boleh dikawal dengan lebih tepat. |
| Pertumbuhan kristal bersaiz besar | Apabila menambah berbilang gegelung pemanasan pada struktur medan terma kaedah induksi, medan magnet mungkin saling mengganggu, mengakibatkan medan magnet dan haba tidak mudah diagihkan mengikut tujuan reka bentuk, lalu menjejaskan kesan pemanasan dan pertumbuhan kristal. | Lebih mudah untuk mereka bentuk sistem pemanasan kawalan bebas berbilang peringkat untuk peralatan pertumbuhan kristal pemanasan rintangan, dan kecerunan jejari peralatan itu sendiri adalah kecil, yang dapat memenuhi keperluan pertumbuhan kristal bersaiz besar. |
| Kitaran pertumbuhan kristal | Pertumbuhan kristal kaedah induksi mengambil masa kira-kira 10 hari, penyepuhlindapan mengambil masa 10-15 hari, dan kitaran pertumbuhan keseluruhan adalah 20-25 hari. | Kitaran pertumbuhan kristal adalah kira-kira 5-7 hari, dan ia boleh disepuh secara automatik, dan suhu menurun secara perlahan selepas kegagalan kuasa. |
| Penggunaan tenaga | Penggunaan tenaga kaedah rintangan adalah 2-3 kali lebih tinggi daripada kaedah induksi. | |
| Tahap hasil | Hasil hablur yang ditumbuhkan melalui relau pertumbuhan hablur kaedah rintangan jauh lebih baik berbanding relau pertumbuhan hablur kaedah induksi. | |
Masa siaran: 24 Jun 2025