Çfarë është një furrë për rritjen e kristaleve të karbidit të silicit (SiC)?

SiCKa karakteristikat e një boshllëku të madh brezash, përçueshmërisë së lartë termike, forcës së lartë të fushës kritike të zbërthimit dhe shkallës së lartë të ngopjes së elektroneve. Mund të përmbushë kërkesat e aplikimit në kushte të temperaturës së lartë, presionit të lartë, frekuencës së lartë dhe fuqisë së lartë. Mund të përdoret gjerësisht në automjete me energji të re, fotovoltaikë, kontroll industrial, komunikime me frekuencë radio dhe fusha të tjera. Me zhvillimin e shpejtë të industrive të lidhura, tregu i gjysmëpërçuesve të gjeneratës së tretë i përfaqësuar nga karbidi i silikonit ka sjellë mundësi të reja.

Rritja e kristaleve është lidhja kryesore e prodhimit të substratit të karabit të silicit, dhe pajisjet kryesore janë furra e rritjes së kristaleve. Ngjashëm me furrat tradicionale të rritjes së kristaleve të gradës së silicit kristalor, struktura e furrës nuk është shumë e komplikuar. Ajo përbëhet kryesisht nga trupi i furrës, sistemi i ngrohjes, mekanizmi i transmetimit të spirales, sistemi i marrjes dhe matjes së vakumit, sistemi i rrugës së gazit, sistemi i ftohjes, sistemi i kontrollit, etj. Fusha termike dhe kushtet e procesit përcaktojnë treguesit kryesorë të cilësisë, madhësisë, përçueshmërisë dhe treguesve të tjerë kryesorë të kristalit të karabit të silicit.

Vështirësitë në teknologjinë e rritjes së kristaleve të karbidit të silicit

Temperatura e rritjes së kristalit të karbidit të silikonit është shumë e lartë dhe nuk mund të monitorohet, kështu që vështirësia kryesore qëndron në vetë procesin:

(1)Vështirësi në kontrollin e fushës termikeMonitorimi i zgavrës së mbyllur me temperaturë të lartë është i vështirë dhe i pakontrollueshëm. Ndryshe nga pajisjet tradicionale të rritjes së kristaleve të tërhequra nga tretësira me bazë silikoni, të cilat kanë një shkallë të lartë automatizimi dhe procesi i rritjes së kristaleve mund të vëzhgohet, kontrollohet dhe rregullohet, kristalet e karbidit të silikonit rriten në një hapësirë ​​të mbyllur në një mjedis me temperaturë të lartë mbi 2,000°C, dhe temperatura e rritjes duhet të kontrollohet saktësisht gjatë prodhimit, gjë që e bën të vështirë kontrollin e temperaturës;

(2)Vështirësi në kontrollin e formës kristaloreMikrotubat, përfshirjet polimorfike, zhvendosjet dhe defektet e tjera janë të prirura të ndodhin gjatë procesit të rritjes, dhe ato ndikojnë dhe evoluojnë njëri-tjetrin. Mikrotubat (MP) janë defekte të tipit përmes me një madhësi nga disa mikronë deri në dhjetëra mikronë, të cilat janë defekte vdekjeprurëse të pajisjeve. Kristalet e vetme të karbidit të silicit përfshijnë më shumë se 200 forma të ndryshme kristalore, por vetëm disa struktura kristalore (Lloji 4H) janë materialet gjysmëpërçuese të nevojshme për prodhim. Transformimi i formës së kristalit ka tendencë të ndodhë gjatë procesit të rritjes, duke rezultuar në defekte polimorfike të përfshirjes. Prandaj, është e nevojshme të kontrollohen me saktësi parametra të tillë si raporti silic-karbon, gradienti i temperaturës së rritjes, shkalla e rritjes së kristalit dhe presioni i rrjedhës së gazit.

Përveç kësaj, ekziston një gradient temperature në fushën termike të rritjes së kristalit të vetëm të karbidit të silicit, i cili çon në stres të brendshëm nativ dhe zhvendosjet që rezultojnë (zhvendosje e planit bazal BPD, zhvendosje e vidës TSD, zhvendosje e skajit TED) gjatë procesit të rritjes së kristalit, duke ndikuar kështu në cilësinë dhe performancën e epitaksise dhe pajisjeve pasuese.

(3)Kontroll i vështirë i dopingutFutja e papastërtive të jashtme duhet të kontrollohet rreptësisht për të përftuar një kristal përçues me doping të drejtuar;

(4)Shkalla e ngadaltë e rritjesShkalla e rritjes së karbidit të silikonit është shumë e ngadaltë. Tradicionalemateriale silikonikanë nevojë vetëm për 3 ditë për t'u rritur në një shufër kristali, ndërsa shufrat kristalore të karbit të silicit kanë nevojë për 7 ditë. Kjo çon në një efikasitet natyrisht më të ulët të prodhimit të karbit të silicit dhe prodhim shumë të kufizuar.

Nga ana tjetër, parametrat e rritjes epitaksiale të karbidit të silicit janë jashtëzakonisht të kërkuar, duke përfshirë hermeticitetin e pajisjeve, stabilitetin e presionit të gazit në dhomën e reagimit, kontrollin e saktë të kohës së futjes së gazit, saktësinë e raportit të gazit dhe menaxhimin e rreptë të temperaturës së depozitimit. Në veçanti, me përmirësimin e nivelit të tensionit të rezistencës së pajisjes, vështirësia e kontrollit të parametrave kryesorë të pllakës epitaksiale është rritur ndjeshëm.

Përveç kësaj, me rritjen e trashësisë së shtresës epitaksiale, mënyra e kontrollit të uniformitetit të rezistencës dhe zvogëlimit të dendësisë së defekteve, duke siguruar njëkohësisht trashësinë, është bërë një tjetër sfidë e madhe. Në sistemin e kontrollit të elektrizuar, është e nevojshme të integrohen sensorë dhe aktivizues me precizion të lartë për të siguruar që parametra të ndryshëm të mund të rregullohen me saktësi dhe në mënyrë të qëndrueshme. Në të njëjtën kohë, optimizimi i algoritmit të kontrollit është gjithashtu thelbësor. Ai duhet të jetë në gjendje të rregullojë strategjinë e kontrollit në kohë reale sipas sinjalit të reagimit për t'u përshtatur ndryshimeve të ndryshme nërritja epitaksiale e karbidit të silikonitproces.

Ⅱ. Vështirësitë kryesore në prodhimin e substrateve të karabit të silikonit:

1. Temperatura e rritjes është mbi 2000℃, që është dy herë më e lartë se ajo e silikonit.

2. Trashësia e shufrës së kristalit është e vogël gjatë periudhës së rritjes së kristalit, dhe një shufër kristali prej karbidi silici me diametër 2 cm rritet brenda 7 ditësh.

3. Kërkesat për llojin e kristalit janë të larta, dhe ka vetëm disa karbide silici me një kristal të vetëm me struktura kristalore.

4. Veshja gjatë prerjes është e lartë dhe karbidi i silikonit ka fortësi jashtëzakonisht të lartë.

Si përmbledhje, kostoja e lartë kohore dhe teknologjia komplekse e përpunimit përcaktojnë koston e lartë të substrateve të karabit të silikonit, gjë që kufizon aplikimin e karabit të silikonit.

III. Klasifikimi i furrave të rritjes së kristaleve

Sipas metodave të ndryshme të ngrohjes, furrat e rritjes së kristaleve mund të ndahen në llojin me induksion dhe llojin me rezistencë. Aktualisht, shumica e pajisjeve në treg janë të tipit me induksion, i cili ka avantazhet e kostos së ulët, strukturës së thjeshtë, mirëmbajtjes së lehtë dhe efikasitetit të lartë termik. Megjithatë, për shkak të efektit të induksionit elektromagnetik, temperatura aksiale dhe temperatura radiale e ngrohjes me induksion janë të lidhura, dhe është e pamundur të merren parasysh si shpejtësia e rritjes së kristaleve ashtu edhe cilësia e rritjes së kristaleve.

Platforma e rritjes së fushës termike të rezistencës mund të kontrollojë me saktësi temperaturën aksiale dhe radiale përkatësisht, gjë që është e favorshme për rritjen e kristaleve të mëdha dhe përmirëson shkallën e rritjes së kristaleve. Është një nga zgjidhjet për rritjen e ardhshme të kristaleve të karbidit të silikonit me cilësi të lartë prej 8 inçësh.

Krahasimi midis metodës së induksionit dhe metodës së rezistencës: