SiCIna sifa za pengo kubwa la bendi, upitishaji wa joto la juu, nguvu ya uwanja wa kuvunjika kwa kiwango cha juu, na kiwango cha juu cha kuteleza kwa elektroni. Inaweza kukidhi mahitaji ya matumizi chini ya hali ya joto la juu, shinikizo la juu, masafa ya juu, na hali ya nguvu ya juu. Inaweza kutumika sana katika magari mapya ya nishati, fotovoltaiki, udhibiti wa viwanda, mawasiliano ya masafa ya redio na nyanja zingine. Kwa maendeleo ya haraka ya viwanda vinavyohusiana, soko la semiconductor la kizazi cha tatu linalowakilishwa na kabidi ya silikoni limeleta fursa mpya.
Ukuaji wa fuwele ndio kiungo kikuu cha uzalishaji wa substrate ya kaboni ya silikoni, na vifaa vya msingi ni tanuru ya ukuaji wa fuwele. Sawa na tanuru za kitamaduni za ukuaji wa fuwele za kiwango cha kaboni ya silikoni, muundo wa tanuru si mgumu sana. Inaundwa zaidi na mwili wa tanuru, mfumo wa kupasha joto, utaratibu wa upitishaji wa koili, mfumo wa upataji na upimaji wa utupu, mfumo wa njia ya gesi, mfumo wa kupoeza, mfumo wa udhibiti, n.k. Sehemu ya joto na hali ya mchakato huamua viashiria muhimu vya ubora wa fuwele ya kaboni ya silikoni, ukubwa, upitishaji na viashiria vingine muhimu.
Ⅰ. Ugumu katika teknolojia ya ukuaji wa fuwele za silicon carbide
Joto la ukuaji wa fuwele za silicon carbide ni kubwa sana na haliwezi kufuatiliwa, kwa hivyo ugumu kuu upo katika mchakato wenyewe:
(1)Ugumu katika kudhibiti uwanja wa joto: Ufuatiliaji wa uwazi uliofungwa wa halijoto ya juu ni mgumu na hauwezi kudhibitiwa. Tofauti na vifaa vya kitamaduni vya ukuaji wa fuwele vinavyotokana na suluhisho la silikoni, ambavyo vina kiwango cha juu cha otomatiki na mchakato wa ukuaji wa fuwele unaweza kuzingatiwa, kudhibitiwa na kurekebishwa, fuwele za silikoni kabidi hukua katika nafasi iliyofungwa katika mazingira yenye halijoto ya juu zaidi ya 2,000°C, na halijoto ya ukuaji inahitaji kudhibitiwa kwa usahihi wakati wa uzalishaji, ambayo inafanya udhibiti wa halijoto kuwa mgumu;
(2)Ugumu katika kudhibiti umbo la fuwele: Mabomba madogo, mijumuisho ya polimofi, kutengana na kasoro zingine zinaweza kutokea wakati wa mchakato wa ukuaji, na huathiriana na kubadilika. Mabomba madogo (MP) ni kasoro za aina ya kupitia zenye ukubwa wa mikroni kadhaa hadi makumi ya mikroni, ambazo ni kasoro kubwa za vifaa. Fuwele moja za kabidi ya silikoni zinajumuisha zaidi ya aina 200 tofauti za fuwele, lakini ni miundo michache tu ya fuwele (Aina ya 4H) ni nyenzo za nusu-semiconductor zinazohitajika kwa ajili ya uzalishaji. Mabadiliko ya umbo la fuwele yanaweza kutokea wakati wa mchakato wa ukuaji, na kusababisha kasoro za kuingizwa kwa polimofi. Kwa hivyo, ni muhimu kudhibiti kwa usahihi vigezo kama vile uwiano wa silicon-kaboni, gradient ya joto la ukuaji, kiwango cha ukuaji wa fuwele, na shinikizo la mtiririko wa gesi.
Kwa kuongezea, kuna mteremko wa halijoto katika uwanja wa joto wa ukuaji wa fuwele moja ya silikoni karabidi, ambayo husababisha mkazo wa ndani wa asili na mtengano unaosababishwa (mtengano wa ndege ya msingi BPD, mtengano wa skrubu TSD, mtengano wa kingo TED) wakati wa mchakato wa ukuaji wa fuwele, na hivyo kuathiri ubora na utendaji wa epitaksi na vifaa vinavyofuata.
(3)Udhibiti mgumu wa doping: Uingizaji wa uchafu wa nje lazima udhibitiwe kwa ukali ili kupata fuwele inayoendesha yenye doping ya mwelekeo;
(4)Kiwango cha ukuaji wa polepole: Kiwango cha ukuaji wa kabidi ya silikoni ni polepole sana.vifaa vya silikonizinahitaji siku 3 pekee ili kukua na kuwa fimbo ya fuwele, huku fimbo za fuwele za karabidi ya silikoni zikihitaji siku 7. Hii husababisha ufanisi mdogo wa uzalishaji wa karabidi ya silikoni na uzalishaji mdogo sana.
Kwa upande mwingine, vigezo vya ukuaji wa epitaxial ya kabidi ya silikoni vinahitajika sana, ikiwa ni pamoja na upenyezaji hewa wa vifaa, uthabiti wa shinikizo la gesi kwenye chumba cha mmenyuko, udhibiti sahihi wa muda wa utangulizi wa gesi, usahihi wa uwiano wa gesi, na usimamizi mkali wa halijoto ya uwekaji. Hasa, kwa uboreshaji wa kiwango cha volteji ya kuhimili kifaa, ugumu wa kudhibiti vigezo vya msingi vya kafiri ya epitaxial umeongezeka sana.
Kwa kuongezea, pamoja na ongezeko la unene wa safu ya epitaxial, jinsi ya kudhibiti usawa wa upinzani na kupunguza msongamano wa kasoro huku ikihakikisha unene umekuwa changamoto nyingine kubwa. Katika mfumo wa udhibiti wa umeme, ni muhimu kuunganisha vitambuzi na viendeshaji vya usahihi wa hali ya juu ili kuhakikisha kwamba vigezo mbalimbali vinaweza kudhibitiwa kwa usahihi na kwa utulivu. Wakati huo huo, uboreshaji wa algoriti ya udhibiti pia ni muhimu. Inahitaji kuweza kurekebisha mkakati wa udhibiti kwa wakati halisi kulingana na ishara ya maoni ili kuzoea mabadiliko mbalimbali katikaukuaji wa epitaxial wa kabidi ya silikonimchakato.
Ⅱ. Ugumu kuu katika utengenezaji wa substrates za silicon carbide:
1. Halijoto ya ukuaji ni zaidi ya 2000°C, ambayo ni mara mbili ya juu kuliko ile ya silikoni.
2. Unene wa fimbo ya fuwele ni mdogo wakati wa kipindi cha ukuaji wa fuwele, na fimbo ya fuwele ya silikoni ya sentimita 2 hukua ndani ya siku 7.
3. Mahitaji ya aina ya fuwele ni ya juu, na kuna kabidi chache tu za silikoni zenye fuwele moja zenye miundo ya fuwele.
4. Uchakavu wa kukata ni mkubwa, na kabidi ya silikoni ina ugumu wa juu sana.
Kwa muhtasari, gharama ya muda ghali na teknolojia tata ya usindikaji huamua gharama kubwa ya substrates za kabidi ya silikoni, ambayo hupunguza matumizi ya kabidi ya silikoni.
III. Uainishaji wa tanuru za ukuaji wa fuwele
Kulingana na mbinu tofauti za kupasha joto, tanuru za ukuaji wa fuwele zinaweza kugawanywa katika aina ya induction na aina ya upinzani. Kwa sasa, vifaa vingi sokoni ni aina ya induction, ambayo ina faida za gharama nafuu, muundo rahisi, matengenezo rahisi na ufanisi mkubwa wa joto. Hata hivyo, kutokana na athari ya induction ya sumakuumeme, halijoto ya mhimili na halijoto ya radial ya induction inapokanzwa zimeunganishwa, na haiwezekani kuzingatia kasi ya ukuaji wa fuwele na ubora wa ukuaji wa fuwele.
Jukwaa la ukuaji wa uwanja wa joto la upinzani linaweza kudhibiti kwa usahihi halijoto ya mhimili na halijoto ya radial mtawalia, ambayo inachangia ukuaji wa fuwele kubwa na inaboresha kiwango cha ukuaji wa fuwele. Ni mojawapo ya suluhisho la ukuaji wa fuwele ya silikoni ya inchi 8 yenye ubora wa juu katika siku zijazo.
Ulinganisho kati ya mbinu ya uanzishaji na mbinu ya upinzani:
| Mbinu ya uanzishaji | Mbinu ya upinzani | |
| Kanuni ya kufanya kazi | Kupasha joto kwa njia ya induction ni njia ya matibabu ya joto ambayo hutumia athari ya sumaku ya mkondo wa umeme ili kuunda msongamano mkubwa wa mkondo unaosababishwa kwenye safu ya uso wa kipini, huipasha moto haraka hadi hali ya austenite, na kisha kuipoza haraka ili kupata muundo wa martensitic. | Kupasha joto kwa upinzani hutumia joto la Joule linalotokana na mkondo unaopita kwenye kondakta kama chanzo cha joto. Linaweza kugawanywa katika makundi mawili: kupasha joto kwa upinzani usio wa moja kwa moja (kipengele cha kupokanzwa cha umeme au njia ya kondakta) na kupasha joto kwa upinzani wa moja kwa moja. |
| Udhibiti wa halijoto | Mbinu ya uanzishaji hupasha joto uwanja wa sumaku wa ndani kupitia koili ya uanzishaji nje ya chombo cha kuchomea. Kasi ya kupasha joto ni ya haraka, lakini umbali kati ya koili ya uanzishaji na chombo cha kuchomea ni mbali, eneo la mionzi limetawanywa, na ni vigumu kudhibiti kwa usahihi uzalishaji wa joto wa uso wa chombo cha kuchomea katika mwelekeo mlalo. | Mbinu ya upinzani huweka hita tofauti, ambayo iko karibu na kifaa cha kuchomea. Kwa kurekebisha hita, halijoto ya uso wa kifaa cha kuchomea inaweza kudhibitiwa kwa usahihi zaidi. |
| Ukuaji mkubwa wa fuwele | Wakati wa kuongeza koili nyingi za kupasha joto kwenye muundo wa uwanja wa joto wa njia ya induction, uwanja wa sumaku unaweza kuingiliana, na kusababisha uwanja wa sumaku na joto kutosambazwa kwa urahisi kulingana na madhumuni ya muundo, na kuathiri athari ya kupasha joto na ukuaji wa fuwele. | Ni rahisi zaidi kubuni mfumo wa kudhibiti joto wa hatua nyingi unaojitegemea kwa ajili ya vifaa vya ukuaji wa fuwele vinavyopasha joto kwa upinzani, na mteremko wa radial wa vifaa vyenyewe ni mdogo, ambao unaweza kukidhi mahitaji ya ukuaji wa fuwele kubwa. |
| Mzunguko wa ukuaji wa fuwele | Njia ya uanzishaji ukuaji wa fuwele huchukua takriban siku 10, uunganishaji huchukua siku 10-15, na mzunguko wa jumla wa ukuaji ni siku 20-25. | Mzunguko wa ukuaji wa fuwele ni takriban siku 5-7, na unaweza kufungiwa kiotomatiki, na halijoto hupungua polepole baada ya umeme kushindwa kufanya kazi. |
| Matumizi ya nishati | Matumizi ya nishati ya njia ya upinzani ni mara 2-3 zaidi kuliko ile ya njia ya uanzishaji. | |
| Kiwango cha mavuno | Mavuno ya fuwele zinazokuzwa na tanuru ya ukuaji wa fuwele ya njia ya upinzani huboreshwa sana ikilinganishwa na tanuru ya ukuaji wa fuwele ya njia ya induction. | |
Muda wa chapisho: Juni-24-2025