1. เทคโนโลยีการเติมสารเจือปนผงซิลิคอนคาร์ไบด์
การเติมธาตุซีเรียม (Ce) ในปริมาณที่เหมาะสมลงในผงซิลิคอนคาร์ไบด์สามารถทำให้เกิดการเจริญเติบโตที่เสถียรของผลึกเดี่ยวของ 4H-SiC ได้ จากประสบการณ์จริงพบว่า การเติมธาตุซีเรียมลงในวัสดุผงสามารถเพิ่มอัตราการเจริญเติบโตของผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์ ทำให้ผลึกเติบโตเร็วขึ้น สามารถควบคุมทิศทางการเรียงตัวของซิลิคอนคาร์ไบด์ ทำให้ทิศทางการเจริญเติบโตของผลึกมีความสม่ำเสมอและเป็นระเบียบมากขึ้น นอกจากนี้ยังช่วยยับยั้งการเกิดสิ่งเจือปนในผลึก ลดการเกิดข้อบกพร่อง และทำให้ได้ผลึกเดี่ยวที่มีคุณภาพสูงและง่ายขึ้น อีกทั้งยังสามารถยับยั้งการกัดกร่อนที่ด้านหลังของผลึกและเพิ่มอัตราการเกิดผลึกเดี่ยวได้อีกด้วย
2. เทคโนโลยีควบคุมการไล่ระดับอุณหภูมิในแนวแกนและแนวรัศมี
ความแตกต่างของอุณหภูมิในแนวแกนมีผลอย่างมากต่อรูปแบบการเจริญเติบโตของผลึกและประสิทธิภาพการเจริญเติบโตของผลึก ความแตกต่างของอุณหภูมิที่น้อยเกินไปจะนำไปสู่การเกิดผลึกต่างชนิดกันในระหว่างกระบวนการเจริญเติบโตของผลึก และยังส่งผลต่ออัตราการขนส่งของสารก๊าซ ทำให้ลดอัตราการเจริญเติบโตของผลึกลง ความแตกต่างของอุณหภูมิในแนวแกนและแนวรัศมีที่เหมาะสมจะช่วยให้ผลึก SiC เจริญเติบโตได้อย่างรวดเร็วและรักษาเสถียรภาพของคุณภาพผลึกได้
3. เทคโนโลยีควบคุมการเคลื่อนตัวของระนาบฐาน (BPD)
สาเหตุหลักของการเกิดข้อบกพร่อง BPD คือ ความเค้นเฉือนในผลึกเกินกว่าความเค้นเฉือนวิกฤตของผลึก SiCซึ่งนำไปสู่การกระตุ้นระบบการเลื่อน เนื่องจาก BPD ตั้งฉากกับทิศทางการเติบโตของผลึก จึงเกิดขึ้นเป็นหลักในระหว่างกระบวนการเติบโตของผลึกและกระบวนการทำให้ผลึกเย็นตัวลงในภายหลัง
4. เทคโนโลยีการควบคุมและปรับอัตราส่วนของส่วนประกอบในเฟสแก๊ส
ในกระบวนการเจริญเติบโตของผลึก การเพิ่มอัตราส่วนคาร์บอนต่อซิลิคอนและอัตราส่วนของส่วนประกอบในเฟสแก๊สในสภาพแวดล้อมการเจริญเติบโตเป็นมาตรการที่มีประสิทธิภาพในการทำให้เกิดการเจริญเติบโตที่เสถียรของผลึกเดี่ยว เนื่องจากอัตราส่วนคาร์บอนต่อซิลิคอนที่สูงสามารถลดการรวมตัวของขั้นขนาดใหญ่และรักษาการถ่ายทอดข้อมูลการเจริญเติบโตบนพื้นผิวของผลึกต้นแบบ จึงสามารถยับยั้งการเกิดผลึกหลายรูปแบบได้
5. เทคโนโลยีควบคุมความเครียดต่ำ
ในระหว่างกระบวนการเจริญเติบโตของผลึก ความเครียดที่เกิดขึ้นอาจทำให้ระนาบผลึกภายในเกิดการเปลี่ยนแปลงได้ซีซีการโค้งงอส่งผลให้คุณภาพของผลึกไม่ดีและอาจถึงขั้นผลึกแตกได้ นอกจากนี้ ความเครียดสูงยังอาจนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของความคลาดเคลื่อนในระนาบฐานของเวเฟอร์ ความบกพร่องเหล่านี้สามารถเข้าไปในชั้นเอพิแท็กเซียลระหว่างกระบวนการเอพิแท็กเซียล ซึ่งส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์ในภายหลัง
ต่อไปนี้เป็นวิธีการต่างๆ ที่จะช่วยปรับปรุงกระบวนการลดความเครียดภายในผลึก:
1. ปรับการกระจายสนามอุณหภูมิและพารามิเตอร์กระบวนการเพื่อให้สามารถผลิต SiC เดี่ยวได้การเจริญเติบโตของผลึกเพื่อดำเนินการภายใต้สภาวะที่ใกล้เคียงกับสภาวะสมดุลมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
2. ปรับโครงสร้างและรูปทรงของเบ้าหลอมให้เหมาะสม เพื่อให้ผลึกสามารถเติบโตได้อย่างอิสระที่สุดในสภาวะที่ไม่ถูกจำกัด
3. ในส่วนของการยึดผลึกต้นแบบ ให้ปรับปรุงกระบวนการยึดเพื่อลดความแตกต่างของสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนระหว่างผลึกต้นแบบและตัวยึดกราไฟต์ในระหว่างการให้ความร้อน ซึ่งจะช่วยลดความเครียดภายในผลึกเดี่ยว 4H-SiC ให้เหลือน้อยที่สุด วิธีที่นิยมใช้คือการเว้นช่องว่าง 2 มม. ระหว่างผลึกต้นแบบและตัวยึดกราไฟต์
4. ปรับปรุงกระบวนการอบอ่อนผลึกโดยใช้การอบอ่อนผลึกขณะเย็นตัวในเตาอบ ปรับอุณหภูมิและระยะเวลาในการอบอ่อนเพื่อให้ความเครียดภายในผลึกคลายตัวอย่างสมบูรณ์
ในอนาคต เทคโนโลยีการเตรียมผลึกเดี่ยวซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) คุณภาพสูงจะพัฒนาไปในทิศทางสำคัญหลายประการ:
1. การขยายขนาดเวเฟอร์: เส้นผ่านศูนย์กลางของผลึก SiC ได้พัฒนาจากมิลลิเมตรในระยะเริ่มต้น มาเป็นเวเฟอร์ขนาด 6 นิ้ว 8 นิ้ว และใหญ่ขึ้นถึง 12 นิ้ว การเตรียมผลึก SiC ขนาดใหญ่ขึ้นช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต ลดต้นทุน และตอบสนองความต้องการของอุปกรณ์กำลังสูง
2. การปรับปรุงคุณภาพผลึก: ผลึก SiC คุณภาพสูงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่ออุปกรณ์ประสิทธิภาพสูง แม้ว่าจะมีความก้าวหน้าอย่างมาก แต่ข้อบกพร่องต่างๆ เช่น ไมโครไพพ์ ดิสโลเคชัน และสิ่งเจือปนยังคงมีอยู่ ซึ่งส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์
3. ลดต้นทุนการผลิต: ต้นทุนที่ค่อนข้างสูงในการเตรียมผลึก SiC เป็นข้อจำกัดในการนำไปใช้ในบางสาขา การลดต้นทุนสามารถทำได้โดยการปรับกระบวนการเจริญเติบโตให้เหมาะสม ปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต และลดค่าใช้จ่ายด้านวัตถุดิบ
4. การนำระบบการผลิตอัจฉริยะมาใช้: ด้วยความก้าวหน้าของ AI และบิ๊กดาต้า เทคโนโลยีการปลูกผลึก SiC จะก้าวสู่ยุคอัจฉริยะมากขึ้น การตรวจสอบและควบคุมแบบเรียลไทม์ผ่านเซ็นเซอร์และระบบควบคุมอัตโนมัติช่วยเพิ่มเสถียรภาพและความสามารถในการควบคุมกระบวนการ ในขณะเดียวกัน การใช้การวิเคราะห์บิ๊กดาต้าจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพข้อมูลการเจริญเติบโต ทำให้คุณภาพของผลึกและประสิทธิภาพการผลิตดีขึ้น
เทคโนโลยีการเตรียมผลึกเดี่ยวซิลิคอนคาร์ไบด์คุณภาพสูงเป็นหนึ่งในประเด็นสำคัญในปัจจุบันของการวิจัยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยี เทคโนโลยีการเจริญเติบโตของผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์จะพัฒนาและปรับปรุงต่อไปอย่างต่อเนื่อง ซึ่งจะเป็นรากฐานที่มั่นคงยิ่งขึ้นสำหรับการประยุกต์ใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์ในด้านอุณหภูมิสูง ความถี่สูง กำลังสูง และด้านอื่นๆ
วันที่เผยแพร่: 10 กรกฎาคม 2568