SiCдорои хусусиятҳои фосилаи калони банд, гузаронандагии баланди гармӣ, қувваи баланди майдони вайроншавии интиқодӣ ва суръати баланди сершавии электрон мебошад. Он метавонад ба талаботи татбиқ дар шароити ҳарорати баланд, фишори баланд, басомади баланд ва қувваи баланд ҷавобгӯ бошад. Онро метавон ба таври васеъ дар мошинҳои нави энергетикӣ, фотоэлектрикӣ, назорати саноатӣ, алоқаи радиобасомад ва дигар соҳаҳо истифода бурд. Бо рушди босуръати соҳаҳои марбут, бозори нимноқилҳои насли сеюм, ки бо карбиди кремний муаррифӣ мешавад, имкониятҳои навро фароҳам овард.
Афзоиши булӯр пайванди асосии истеҳсоли субстрати карбиди кремний аст ва таҷҳизоти асосӣ кӯраи афзоиши булӯр аст. Монанди кӯраҳои анъанавии афзоиши булӯри дараҷаи кремнийи кристаллӣ, сохтори кӯра чандон мураккаб нест. Он асосан аз корпуси кӯра, системаи гармидиҳӣ, механизми интиқоли печ, системаи ба даст овардан ва чен кардани вакуум, системаи роҳи газ, системаи хунуккунӣ, системаи идоракунӣ ва ғайра иборат аст. Майдони гармӣ ва шароити раванд нишондиҳандаҳои калидии сифати булӯри карбиди кремний, андоза, гузаронандагӣ ва дигар нишондиҳандаҳои калидиро муайян мекунанд.
I. Мушкилот дар технологияи парвариши кристаллҳои карбидии кремний
Ҳарорати афзоиши кристаллҳои карбиди кремний хеле баланд аст ва онро назорат кардан мумкин нест, аз ин рӯ мушкилии асосӣ дар худи раванд аст:
(1)Мушкилот дар назорати майдони гармӣНазорати ковокии пӯшидаи ҳарорати баланд душвор ва идоранашаванда аст. Бар хилофи таҷҳизоти анъанавии парвариши кристаллҳои бо маҳлули кремний кашидашуда, ки дараҷаи баланди автоматизатсия дорад ва раванди афзоиши кристаллро мушоҳида, назорат ва танзим кардан мумкин аст, кристаллҳои карбиди кремний дар фазои пӯшида дар муҳити ҳарорати баланд аз 2000°C мерӯянд ва ҳарорати афзоиш бояд ҳангоми истеҳсол дақиқ назорат карда шавад, ки назорати ҳароратро душвор мегардонад;
(2)Мушкилии назорати шакли кристаллӣМикроқубурҳо, дохилшавии полиморфӣ, дислокатсияҳо ва дигар нуқсонҳо дар раванди афзоиш ба вуҷуд меоянд ва онҳо ба якдигар таъсир мерасонанд ва инкишоф меёбанд. Микроқубурҳо (МҚ) нуқсонҳои навъи гузаранда бо андозаи аз якчанд микрон то даҳҳо микрон мебошанд, ки нуқсонҳои марговари дастгоҳҳо мебошанд. Монокристаллҳои карбиди кремний зиёда аз 200 шаклҳои гуногуни кристаллро дар бар мегиранд, аммо танҳо чанд сохтори кристаллӣ (Навъи 4H) маводҳои нимноқилӣ мебошанд, ки барои истеҳсол заруранд. Табдили шакли кристаллӣ ҳангоми раванди афзоиш ба амал меояд, ки боиси нуқсонҳои дохилшавии полиморфӣ мегардад. Аз ин рӯ, назорати дақиқи параметрҳо ба монанди таносуби кремний-карбон, градиенти ҳарорати афзоиш, суръати афзоиши кристалл ва фишори ҷараёни газ зарур аст.
Илова бар ин, дар майдони гармии афзоиши монокристаллии карбиди кремний градиенти ҳарорат вуҷуд дорад, ки боиси стресси дохилии табиӣ ва дислокатсияҳои бадастомада (дислокатсияи сатҳи базальӣ BPD, дислокатсияи винтӣ TSD, дислокатсияи канор TED) дар раванди афзоиши кристалл мегардад ва бо ин ба сифат ва кори эпитаксия ва дастгоҳҳои минбаъда таъсир мерасонад.
(3)Назорати душвори допингБарои ба даст овардани кристалли ноқил бо легиркунии самтӣ, воридшавии ифлосҳои беруна бояд қатъиян назорат карда шавад;
(4)Суръати сусти афзоишСуръати афзоиши карбиди кремний хеле суст аст. Анъанавӣмаводҳои силиконБарои табдил ёфтан ба чӯбчаи булӯрӣ танҳо 3 рӯз лозим аст, дар ҳоле ки чӯбчаҳои булӯрии карбиди кремний 7 рӯз лозиманд. Ин боиси паст шудани самаранокии истеҳсоли карбиди кремний ва хеле маҳдуд шудани ҳосил мегардад.
Аз тарафи дигар, параметрҳои афзоиши эпитаксиалии кремний карбид хеле серталабанд, аз ҷумла герметикӣ будани таҷҳизот, устувории фишори газ дар камераи реаксия, назорати дақиқи вақти воридшавии газ, дақиқии таносуби газ ва идоракунии қатъии ҳарорати таҳшиншавӣ. Хусусан, бо беҳтар шудани сатҳи шиддати тобоварии дастгоҳ, душвории назорати параметрҳои асосии пластинаи эпитаксиалӣ ба таври назаррас афзоиш ёфтааст.
Илова бар ин, бо афзоиши ғафсии қабати эпитаксиалӣ, чӣ гуна назорат кардани якрангии муқовимат ва кам кардани зичии нуқсон дар ҳоле ки таъмини ғафсӣ ба як мушкили дигари асосӣ табдил ёфтааст. Дар системаи идоракунии электрикӣ, зарур аст, ки сенсорҳо ва фаъолкунандаҳои баландсифатро муттаҳид кунем, то параметрҳои гуногун дақиқ ва устувор танзим карда шаванд. Дар айни замон, беҳсозии алгоритми идоракунӣ низ муҳим аст. Он бояд қодир бошад, ки стратегияи идоракуниро дар вақти воқеӣ мувофиқи сигнали бозгашт танзим кунад, то ба тағйироти гуногун мутобиқ шавад.афзоиши эпитаксиалии карбиди кремнийраванд.
2. Мушкилоти асосӣ дар истеҳсоли субстратҳои карбиди кремний:
1. Ҳарорати афзоиш аз 2000℃ болотар аст, ки ду баробар аз ҳарорати кремний баландтар аст.
2. Ғафсии чӯбчаи кристаллӣ дар давраи афзоиши кристалл хурд аст ва чӯбчаи кристаллии карбиди силиконии 2 см дар давоми 7 рӯз месабзад.
3. Талабот ба намуди кристалл баланд аст ва танҳо карбиди кремнийи монокристаллӣ бо сохторҳои кристаллӣ кам аст.
4. Фарсудашавии буриш баланд аст ва карбиди кремний сахтии бениҳоят баланд дорад.
Хулоса, хароҷоти гаронбаҳои вақт ва технологияи мураккаби коркард арзиши баланди субстратҳои карбиди кремнийро муайян мекунад, ки истифодаи карбиди кремнийро маҳдуд мекунад.
III. Таснифи кӯраҳои парвариши кристаллӣ
Мувофиқи усулҳои гуногуни гармкунӣ, кӯраҳои парвариши булӯрро ба намудҳои индуксионӣ ва муқовиматӣ тақсим кардан мумкин аст. Дар айни замон, аксари таҷҳизот дар бозор навъи индуксионӣ мебошанд, ки бартариҳои арзон, сохтори оддӣ, нигоҳдории қулай ва самаранокии баланди гармиро дорад. Аммо, аз сабаби таъсири индуксияи электромагнитӣ, ҳарорати меҳварӣ ва ҳарорати радиалии гармкунии индуксионӣ бо ҳам пайвастанд ва ба назар гирифтани ҳам суръати афзоиши булӯр ва ҳам сифати афзоиши булӯр ғайриимкон аст.
Платформаи афзоиши майдони гармии муқовимат метавонад мутаносибан ҳарорати меҳварӣ ва ҳарорати радиалиро дақиқ назорат кунад, ки ба афзоиши кристаллҳои андозаи калон мусоидат мекунад ва суръати афзоиши кристаллҳоро беҳтар мекунад. Ин яке аз роҳҳои ҳалли афзоиши кристаллҳои карбиди кремнийи 8-дюймаи босифати оянда мебошад.
Муқоисаи байни усули индуксия ва усули муқовимат:
| Усули индуксия | Усули муқовимат | |
| Принсипи корӣ | Гармидиҳии индуксионӣ як усули коркарди гармӣ аст, ки аз таъсири магнитии ҷараёни электрикӣ барои эҷоди зичии нисбатан баланди ҷараёни индуксионӣ дар қабати рӯизаминии кор истифода мебарад, онро зуд ба ҳолати аустенит гарм мекунад ва сипас онро зуд хунук мекунад, то сохтори мартенситӣ ба даст орад. | Гармидиҳии муқовиматӣ гармии Ҷоулро, ки аз ҷараёни аз ноқил мегузарад, ҳамчун манбаи гармӣ ба вуҷуд меояд, истифода мебарад. Онро метавон ба ду категория тақсим кард: гармкунии муқовимати ғайримустақим (элементи гармкунии барқӣ ё муҳити ноқил) ва гармкунии муқовимати мустақим. |
| Назорати ҳарорат | Усули индуксионӣ майдони магнитии дохилиро тавассути печи индуксионии берун аз дег гарм мекунад. Суръати гармкунӣ тез аст, аммо масофа байни печи индуксионии дег ва дег дур аст, минтақаи радиатсия пароканда аст ва назорати дақиқи тавлиди гармии сатҳи дег дар самти уфуқӣ душвор аст. | Усули муқовимат гармкунаки алоҳидаро муқаррар мекунад, ки ба дег наздик аст. Бо танзим кардани гармкунак, ҳарорати сатҳи дегча метавонад дақиқтар назорат карда шавад. |
| Афзоиши кристаллҳои андозаи калон | Ҳангоми илова кардани якчанд катушкаҳои гармидиҳӣ ба сохтори майдони гармидиҳии усули индуксионӣ, майдонҳои магнитӣ метавонанд ба якдигар халал расонанд, ки дар натиҷа майдони магнитӣ ва гармӣ мувофиқи мақсади тарроҳӣ ба осонӣ тақсим намешаванд ва ба таъсири гармидиҳӣ ва афзоиши булӯр таъсир мерасонанд. | Тарроҳии системаи гармидиҳии мустақили бисёрмарҳилаӣ барои таҷҳизоти афзоиши булӯрҳои гармидиҳии муқовимат осонтар аст ва градиенти радиалии худи таҷҳизот хурд аст, ки метавонад ба ниёзҳои афзоиши булӯрҳои калон ҷавобгӯ бошад. |
| Давраи афзоиши кристаллҳо | Рушди кристалл бо усули индуксионӣ тақрибан 10 рӯз, гармкунӣ 10-15 рӯз ва давраи умумии афзоиш 20-25 рӯзро дар бар мегирад. | Давраи афзоиши кристалл тақрибан 5-7 рӯз аст ва онро ба таври худкор гарм кардан мумкин аст ва пас аз қатъи барқ ҳарорат оҳиста паст мешавад. |
| Истеъмоли энергия | Истеъмоли энергия дар усули муқовимат нисбат ба усули индуксионӣ 2-3 маротиба зиёдтар аст. | |
| Сатҳи ҳосилнокӣ | Ҳосили кристаллҳое, ки бо усули муқовимати парвариши кристалл парвариш карда мешаванд, дар муқоиса бо кӯраи парвариши кристалл бо усули индуксионӣ хеле беҳтар аст | |
Вақти нашр: 24 июни соли 2025