1. Dopingteknologi for silisiumkarbidpulver
Doping av en passende mengde Ce-element i silisiumkarbidpulver kan oppnå en stabil vekst av enkeltkrystallformen av 4H-SiC. Praktisk erfaring har vist at doping av Ce-elementer i pulvermaterialer kan øke vekstraten til silisiumkarbidkrystaller, noe som gjør at krystallene vokser raskere. Orienteringen til silisiumkarbid kan kontrolleres, noe som gjør krystallenes vekstretning mer jevn og regelmessig. Det hemmer genereringen av urenheter i krystaller, reduserer dannelsen av defekter og gjør det lettere å oppnå enkeltkrystallformede krystaller og krystaller av høy kvalitet. Det kan hemme korrosjon på baksiden av krystallen og øke enkeltkrystallhastigheten til krystallen.
2. Aksial og radial temperaturfeltgradientkontrollteknologi
Den aksiale temperaturgradienten påvirker hovedsakelig krystallvekstformen og krystallveksteffektiviteten. En for liten temperaturgradient vil føre til forekomst av heterokrystaller under krystallvekstprosessen og også påvirke transporthastigheten til gassformige stoffer, noe som resulterer i en reduksjon i krystallveksthastigheten. Passende aksiale og radiale temperaturgradienter letter den raske veksten av SiC-krystaller og opprettholder stabiliteten i krystallkvaliteten.
3. Kontrollteknologi for basisplanforskyvning (BPD)
Hovedårsaken til BPD-defektdannelse er at skjærspenningen i krystallen overstiger den kritiske skjærspenningen tilSiC-krystall, noe som fører til aktivering av slip-systemet. Fordi BPD er vinkelrett på krystallvekstretningen, produseres det hovedsakelig under krystallvekstprosessen og den senere krystallavkjølingsprosessen.
4. Regulerings- og kontrollteknologi for gassfasekomponentforhold
I krystallvekstprosessen er økning av karbon-silisium-forholdet og gassfasekomponentforholdet i vekstmiljøet et effektivt tiltak for å oppnå stabil vekst av en enkeltkrystallform. Fordi et høyt karbon-silisium-forhold kan redusere koalesens i store trinn og opprettholde arv av vekstinformasjon på frøkrystalloverflaten, kan det undertrykke polymorfisme.
5. Lavspenningskontrollteknologi
Under krystallvekstprosessen kan tilstedeværelsen av stress føre til at de indre krystallplanene tilSiCå bøye seg, noe som resulterer i dårlig krystallkvalitet og til og med krystallsprekker. Dessuten kan stor belastning føre til en økning i forskyvninger i waferens basisplan. Disse defektene kan trenge inn i det epitaksiale laget under den epitaksielle prosessen, noe som alvorlig påvirker enhetens ytelse i et senere stadium.
Her er flere metoder for å forbedre prosessen med å redusere stress i krystallen:
1. Juster temperaturfeltfordelingen og prosessparametrene for å aktivere SiC-enkeltkrystallvekstå fortsette under forhold så nær likevekt som mulig.
2. Optimaliser digelens struktur og form slik at krystallen kan vokse så fritt som mulig i en ubegrenset tilstand.
3. Når det gjelder fiksering av frøkrystaller, modifiser fikseringsprosessen for å redusere forskjellen i termiske ekspansjonskoeffisienter mellom frøkrystallen og grafittholderen under oppvarming, og dermed minimere indre spenninger i 4H-SiC-enkeltkrystallen. En vanlig tilnærming er å la det være et mellomrom på 2 mm mellom frøkrystallen og grafittholderen.
4. Modifiser krystallglødeprosessen ved å implementere ovnkjølt gløding for krystallen. Juster glødetemperaturen og varigheten for å fullstendig frigjøre indre spenninger i krystallen.
Fremover vil teknologien for fremstilling av høykvalitets silisiumkarbid (SiC) enkeltkrystaller utvikle seg i flere viktige retninger:
1. Oppskalering av waferstørrelse: SiC-krystalldiameteren har gått fra de opprinnelige millimeterne til nåværende 6-tommers, 8-tommers og enda større 12-tommers wafere. Å fremstille større SiC-krystaller forbedrer produksjonseffektiviteten, reduserer kostnader og oppfyller kravene til høyeffektsenheter.
2. Forbedring av krystallkvaliteten: SiC-krystaller av høy kvalitet er avgjørende for høyytelsesenheter. Selv om det har blitt gjort betydelige fremskritt, er det fortsatt defekter som mikrorør, forskyvninger og urenheter, noe som påvirker enhetens ytelse og pålitelighet.
3. Redusere produksjonskostnader: Den relativt høye kostnaden for SiC-krystallfremstilling begrenser bruken av den innen visse felt. Kostnadsreduksjon kan oppnås ved å optimalisere vekstprosesser, forbedre produksjonseffektiviteten og senke råvarekostnadene.
4. Implementering av intelligent produksjon: Med fremskritt innen kunstig intelligens og stordata vil SiC-krystallvekstteknologi i økende grad omfavne intelligens. Sanntidsovervåking og -kontroll via sensorer og automatiserte kontrollsystemer forbedrer prosessstabilitet og kontrollerbarhet. Samtidig optimaliserer stordataanalyse vekstdata, og forbedrer dermed krystallkvaliteten og produksjonseffektiviteten.
Teknologien for fremstilling av høykvalitets silisiumkarbid-enkeltkrystaller er et av dagens hotspots innen forskning på halvledermaterialer. Med kontinuerlig teknologisk utvikling vil silisiumkarbidkrystallvekstteknologien fortsette å utvikles og forbedres, noe som gir et mer solid grunnlag for anvendelse av silisiumkarbid innen høytemperatur, høyfrekvens, høy effekt og andre felt.
Publisert: 10. juli 2025