SiCMá charakteristiky veľkej zakázanej pásmovej medzery, vysokej tepelnej vodivosti, vysokej kritickej sily prierazného poľa a vysokej rýchlosti driftu saturácie elektrónov. Dokáže splniť aplikačné požiadavky pri vysokých teplotách, vysokom tlaku, vysokej frekvencii a vysokom výkone. Môže byť široko používaný v nových energetických vozidlách, fotovoltaike, priemyselnom riadení, rádiofrekvenčnej komunikácii a ďalších oblastiach. S rýchlym rozvojom súvisiacich odvetví priniesol trh s polovodičmi tretej generácie, ktorý predstavuje karbid kremíka, nové príležitosti.
Rast kryštálov je základným článkom výroby substrátu z karbidu kremíka a hlavným zariadením je pec na rast kryštálov. Podobne ako pri tradičných peciach na rast kryštálov kryštalického kremíka, ani táto konštrukcia pece nie je veľmi zložitá. Skladá sa hlavne z telesa pece, vykurovacieho systému, mechanizmu prenosu cievky, systému na snímanie a meranie vákua, systému plynových ciest, chladiaceho systému, riadiaceho systému atď. Tepelné pole a procesné podmienky určujú kľúčové ukazovatele kvality, veľkosti, vodivosti a ďalších kľúčových ukazovateľov kryštálov karbidu kremíka.
Ⅰ. Ťažkosti s technológiou rastu kryštálov karbidu kremíka
Teplota rastu kryštálov karbidu kremíka je veľmi vysoká a nedá sa monitorovať, takže hlavný problém spočíva v samotnom procese:
(1)Ťažkosti s ovládaním tepelného poľaMonitorovanie uzavretej vysokoteplotnej dutiny je náročné a nekontrolovateľné. Na rozdiel od tradičného zariadenia na rast kryštálov na báze kremíka s ťahaním roztoku, ktoré má vysoký stupeň automatizácie a proces rastu kryštálov je možné pozorovať, kontrolovať a upravovať, kryštály karbidu kremíka rastú v uzavretom priestore vo vysokoteplotnom prostredí nad 2 000 °C a teplota rastu musí byť počas výroby presne kontrolovaná, čo sťažuje reguláciu teploty;
(2)Ťažkosti s kontrolou kryštalickej formyMikrotrubice, polymorfné inklúzie, dislokácie a iné defekty sa náchylne vyskytujú počas procesu rastu a navzájom sa ovplyvňujú a vyvíjajú. Mikrotrubice (MP) sú defekty priechodného typu s veľkosťou od niekoľkých mikrónov do desiatok mikrónov, ktoré sú kľúčovými defektmi zariadení. Monokryštály karbidu kremíka zahŕňajú viac ako 200 rôznych kryštálových foriem, ale len niekoľko kryštálových štruktúr (Typ 4H) sú polovodičové materiály potrebné na výrobu. Počas procesu rastu je pravdepodobné, že dochádza k transformácii kryštalickej formy, čo vedie k polymorfným inklúznym defektom. Preto je potrebné presne kontrolovať parametre, ako je pomer kremíka a uhlíka, teplotný gradient rastu, rýchlosť rastu kryštálov a tlak prúdenia plynu.
Okrem toho existuje v tepelnom poli rastu monokryštálov karbidu kremíka teplotný gradient, ktorý vedie k natívnemu vnútornému napätiu a výsledným dislokáciám (dislokácia bazálnej roviny BPD, skrutková dislokácia TSD, okrajová dislokácia TED) počas procesu rastu kryštálov, čím ovplyvňuje kvalitu a výkon následnej epitaxie a zariadení.
(3)Náročná dopingová kontrolaZavádzanie vonkajších nečistôt musí byť prísne kontrolované, aby sa získal vodivý kryštál so smerovým dopovaním;
(4)Pomalé tempo rastuTempo rastu karbidu kremíka je veľmi pomalé. Tradičnésilikónové materiályNa vyrastenie do kryštálovej tyčinky potrebujú iba 3 dni, zatiaľ čo kryštálové tyčinky z karbidu kremíka potrebujú 7 dní. To vedie k prirodzene nižšej efektivite výroby karbidu kremíka a veľmi obmedzenému výstupu.
Na druhej strane, parametre epitaxného rastu karbidu kremíka sú mimoriadne náročné, vrátane vzduchotesnosti zariadenia, stability tlaku plynu v reakčnej komore, presnej regulácie času zavádzania plynu, presnosti pomeru plynov a prísneho riadenia teploty nanášania. Najmä so zlepšením úrovne výdržného napätia zariadenia sa výrazne zvýšila náročnosť regulácie parametrov jadra epitaxného plátku.
Okrem toho sa so zvyšujúcou sa hrúbkou epitaxnej vrstvy stala ďalšou veľkou výzvou otázka, ako riadiť rovnomernosť rezistivity a znížiť hustotu defektov pri súčasnom zabezpečení hrúbky. V elektrifikovanom riadiacom systéme je potrebné integrovať vysoko presné senzory a akčné členy, aby sa zabezpečila presná a stabilná regulácia rôznych parametrov. Zároveň je kľúčová aj optimalizácia riadiaceho algoritmu. Musí byť schopný upravovať stratégiu riadenia v reálnom čase podľa spätnoväzobného signálu, aby sa prispôsobil rôznym zmenám v...epitaxný rast karbidu kremíkaproces.
Ⅱ. Hlavné ťažkosti pri výrobe substrátov z karbidu kremíka:
1. Rastová teplota je nad 2000 ℃, čo je dvakrát viac ako u kremíka.
2. Hrúbka kryštálovej tyčinky je počas rastu kryštálov malá a 2 cm kryštálová tyčinka z karbidu kremíka vyrastie za 7 dní.
3. Požiadavky na typ kryštálov sú vysoké a existuje len niekoľko monokryštálov karbidu kremíka s kryštálovými štruktúrami.
4. Opotrebenie pri rezaní je vysoké a karbid kremíka má extrémne vysokú tvrdosť.
Stručne povedané, vysoké časové náklady a zložitá technológia spracovania určujú vysoké náklady na substráty z karbidu kremíka, čo obmedzuje použitie karbidu kremíka.
III. Klasifikácia pecí na rast kryštálov
Podľa rôznych metód ohrevu možno pece na rast kryštálov rozdeliť na indukčný typ a odporový typ. V súčasnosti je väčšina zariadení na trhu indukčného typu, ktorý má výhody nízkej ceny, jednoduchej konštrukcie, pohodlnej údržby a vysokej tepelnej účinnosti. Avšak v dôsledku elektromagnetického indukčného efektu sú axiálne a radiálne teploty indukčného ohrevu prepojené a nie je možné zohľadniť rýchlosť rastu kryštálov aj kvalitu rastu kryštálov.
Platforma pre rast s využitím tepelného poľa dokáže presne regulovať axiálnu a radiálnu teplotu, čo prispieva k rastu kryštálov veľkých rozmerov a zlepšuje rýchlosť rastu kryštálov. Je to jedno z riešení pre budúci rast vysokokvalitných 8-palcových kryštálov karbidu kremíka.
Porovnanie indukčnej metódy a metódy odporu:
| Indukčná metóda | Metóda odporu | |
| Princíp fungovania | Indukčný ohrev je metóda tepelného spracovania, ktorá využíva magnetický účinok elektrického prúdu na vytvorenie relatívne vysokej hustoty indukovaného prúdu na povrchovej vrstve obrobku, rýchlo ho zahreje do austenitického stavu a potom ho rýchlo ochladí, aby sa získala martenzitická štruktúra. | Odporový ohrev využíva ako zdroj tepla Jouleovo teplo generované prúdom prechádzajúcim vodičom. Možno ho rozdeliť do dvoch kategórií: nepriamy odporový ohrev (elektrický vykurovací článok alebo vodivé médium) a priamy odporový ohrev. |
| Regulácia teploty | Indukčná metóda ohrieva vnútorné magnetické pole prostredníctvom indukčnej cievky mimo téglika. Rýchlosť ohrevu je vysoká, ale vzdialenosť medzi indukčnou cievkou a téglikom je veľká, oblasť žiarenia je rozptýlená a je ťažké presne regulovať generovanie tepla na povrchu téglika v horizontálnom smere. | Pri metóde odporu sa používa samostatný ohrievač, ktorý je umiestnený v blízkosti téglika. Nastavením ohrievača je možné presnejšie regulovať teplotu povrchu téglika. |
| Rast kryštálov veľkých rozmerov | Pri pridávaní viacerých vykurovacích cievok do štruktúry tepelného poľa indukčnej metódy sa magnetické polia môžu navzájom krížovo rušiť, čo má za následok, že magnetické pole a teplo sa nerozložia ľahko podľa konštrukčného účelu, čo ovplyvňuje vykurovací účinok a rast kryštálov. | Je jednoduchšie navrhnúť viacstupňový nezávislý riadiaci vykurovací systém pre zariadenie na rast kryštálov s odporovým vykurovaním a radiálny gradient samotného zariadenia je malý, čo môže spĺňať potreby rastu kryštálov veľkých rozmerov. |
| Cyklus rastu kryštálov | Rast kryštálov indukčnou metódou trvá približne 10 dní, žíhanie trvá 10 – 15 dní a celkový rastový cyklus je 20 – 25 dní. | Cyklus rastu kryštálov je približne 5-7 dní a môže sa automaticky žíhať a teplota po výpadku napájania pomaly klesá. |
| Spotreba energie | Spotreba energie pri odporovej metóde je 2 až 3-krát vyššia ako pri indukčnej metóde. | |
| Úroveň výnosu | Výťažok kryštálov vypestovaných v peci s odporovou metódou rastu kryštálov je výrazne lepší v porovnaní s pecou s indukčnou metódou rastu kryštálov. | |
Čas uverejnenia: 24. júna 2025