SiCИма карактеристике великог енергетског процепа, високе топлотне проводљивости, високе критичне јачине пробојног поља и високе брзине дрифта засићења електрона. Може да задовољи захтеве примене под условима високе температуре, високог притиска, високе фреквенције и велике снаге. Може се широко користити у возилима са новом енергијом, фотонапонским системима, индустријској контроли, радиофреквентним комуникацијама и другим областима. Са брзим развојем сродних индустрија, тржиште полупроводника треће генерације, које представља силицијум карбид, отворило је нове могућности.
Раст кристала је основна карика у производњи силицијум карбидне подлоге, а основна опрема је пећ за раст кристала. Слично традиционалним пећима за раст кристала кристалног силицијумског квалитета, структура пећи није превише компликована. Углавном се састоји од тела пећи, система за грејање, механизма за пренос калема, система за мерење и аквизицију вакуума, система за гасну путању, система за хлађење, система за управљање итд. Термално поље и услови процеса одређују кључне индикаторе квалитета, величине, проводљивости и других кључних индикатора кристала силицијум карбида.
Ⅰ. Тешкоће у технологији раста кристала силицијум карбида
Температура раста кристала силицијум карбида је веома висока и не може се пратити, тако да главна потешкоћа лежи у самом процесу:
(1)Тешкоће у контроли термалног пољаПраћење затворене високотемпературне шупљине је тешко и неконтролисано. За разлику од традиционалне опреме за раст кристала на бази силицијума извученог из раствора, која има висок степен аутоматизације и процес раста кристала се може посматрати, контролисати и подешавати, кристали силицијум карбида расту у затвореном простору у окружењу са високом температуром изнад 2.000°C, а температура раста мора бити прецизно контролисана током производње, што отежава контролу температуре;
(2)Тешкоћа у контроли кристалног обликаМикроцеви, полиморфне инклузије, дислокације и други дефекти су склони појављивању током процеса раста, и међусобно утичу и развијају се. Микроцеви (МЦ) су дефекти пролазног типа величине од неколико микрона до десетина микрона, који су кључни дефекти уређаја. Монокристали силицијум карбида укључују више од 200 различитих кристалних облика, али само неколико кристалних структура (Тип 4Х) су полупроводнички материјали потребни за производњу. Трансформација кристалног облика је склона да се догоди током процеса раста, што резултира полиморфним инклузијским дефектима. Стога је неопходно прецизно контролисати параметре као што су однос силицијума и угљеника, градијент температуре раста, брзина раста кристала и притисак протока гаса.
Поред тога, постоји температурни градијент у термичком пољу раста монокристала силицијум карбида, што доводи до изворног унутрашњег напрезања и резултујућих дислокација (дислокација базалне равни BPD, дислокација завртња TSD, дислокација ивице TED) током процеса раста кристала, што утиче на квалитет и перформансе накнадне епитаксе и уређаја.
(3)Тешка допинг контролаУношење спољашњих нечистоћа мора бити строго контролисано да би се добио проводни кристал са усмереним допирањем;
(4)Спора стопа растаСтопа раста силицијум карбида је веома спора. Традиционалнасилицијумски материјалиПотребна су само 3 дана да израсту у кристалну шипку, док је кристалним шипкама силицијум карбида потребно 7 дана. То доводи до природно ниже ефикасности производње силицијум карбида и веома ограниченог приноса.
С друге стране, параметри епитаксијалног раста силицијум карбида су изузетно захтевни, укључујући херметичку непропусност опреме, стабилност притиска гаса у реакционој комори, прецизну контролу времена увођења гаса, тачност односа гасова и строго управљање температуром таложења. Посебно, са побољшањем нивоа напона отпорности уређаја, тешкоћа контроле параметара језгра епитаксијалне плочице се значајно повећала.
Поред тога, са повећањем дебљине епитаксијалног слоја, како контролисати униформност отпорности и смањити густину дефеката уз обезбеђивање дебљине постао је још један велики изазов. У електрификованом систему управљања, неопходно је интегрисати високопрецизне сензоре и актуаторе како би се осигурало да се различити параметри могу прецизно и стабилно регулисати. Истовремено, оптимизација алгоритма управљања је такође кључна. Потребно је да буде у стању да прилагоди стратегију управљања у реалном времену према сигналу повратне спреге како би се прилагодио различитим променама уепитаксијални раст силицијум карбидапроцес.
Ⅱ. Главне тешкоће у производњи силицијум карбидних подлога:
1. Температура раста је изнад 2000 ℃, што је двоструко више од силицијума.
2. Дебљина кристалног штапића је мала током периода раста кристала, а штапић силицијум карбида од 2 цм расте за 7 дана.
3. Захтеви за тип кристала су високи, а постоји само неколико монокристалних силицијум карбида са кристалним структурама.
4. Хабање при резању је велико, а силицијум карбид има изузетно високу тврдоћу.
Укратко, скупо време и сложена технологија обраде одређују високу цену силицијум карбидних подлога, што ограничава примену силицијум карбида.
III. Класификација пећи за раст кристала
Према различитим методама загревања, пећи за раст кристала могу се поделити на индукциони тип и тип отпора. Тренутно, већина опреме на тржишту је индукционог типа, која има предности ниске цене, једноставне структуре, лаког одржавања и високе термичке ефикасности. Међутим, због ефекта електромагнетне индукције, аксијална температура и радијална температура индукционог загревања су повезане, и немогуће је узети у обзир и брзину раста кристала и квалитет раста кристала.
Платформа за раст отпорног термичког поља може прецизно да контролише аксијалну и радијалну температуру, респективно, што погодује расту кристала великих димензија и побољшава брзину раста кристала. То је једно од решења за будући раст висококвалитетних кристала силицијум карбида од 8 инча.
Поређење између индукционе методе и методе отпора:
| Метод индукције | Метода отпора | |
| Принцип рада | Индукционо загревање је метода термичке обраде која користи магнетни ефекат електричне струје да би створила релативно високу густину индуковане струје на површинском слоју радног предмета, брзо га загрева до аустенитног стања, а затим га брзо хлади да би се добила мартензитна структура. | Отпорно загревање користи Џулову топлоту коју генерише пролазак струје кроз проводник као извор топлоте. Може се поделити у две категорије: индиректно отпорно загревање (електрични грејни елемент или проводни медијум) и директно отпорно загревање. |
| Контрола температуре | Индукциона метода загрева унутрашње магнетно поље кроз индукциони калем изван лонца. Брзина загревања је велика, али је растојање између индукционог калема и лонца велико, подручје зрачења је распршено и тешко је прецизно контролисати стварање топлоте површине лонца у хоризонталном смеру. | Метода отпора поставља посебан грејач, који је близу лончића. Подешавањем грејача, температура површине лончића може се прецизније контролисати. |
| Раст великих кристала | Приликом додавања више грејних калемова структури термичког поља индукционе методе, магнетна поља могу унакрсно да интерферирају једно са другим, што доводи до тога да се магнетно поље и топлота не распоређују лако у складу са наменом пројектовања, што утиче на ефекат загревања и раст кристала. | Лакше је пројектовати вишестепени независни систем грејања за опрему за раст кристала отпорним грејањем, а радијални градијент саме опреме је мали, што може задовољити потребе раста кристала великих димензија. |
| Циклус раста кристала | Раст кристала индукционом методом траје око 10 дана, жарење траје 10-15 дана, а укупни циклус раста је 20-25 дана. | Циклус раста кристала је око 5-7 дана, може се аутоматски жарити, а температура полако пада након нестанка струје. |
| Потрошња енергије | Потрошња енергије код методе отпора је 2-3 пута већа него код индукционе методе. | |
| Ниво приноса | Принос кристала узгајаних методом отпора у пећи за раст кристала је знатно побољшан у поређењу са методом индукционе пећи за раст кристала. | |
Време објаве: 24. јун 2025.