Ano ang isang silicon carbide (SiC) crystal growth furnace?

SiCMay mga katangian ito ng malaking bandgap, mataas na thermal conductivity, mataas na critical breakdown field strength, at mataas na electron saturation drift rate. Matugunan nito ang mga kinakailangan sa aplikasyon sa ilalim ng mataas na temperatura, mataas na presyon, mataas na frequency, at mga kondisyon ng mataas na kuryente. Malawakang magagamit ito sa mga bagong sasakyan ng enerhiya, photovoltaics, industrial control, radio frequency communications at iba pang larangan. Dahil sa mabilis na pag-unlad ng mga kaugnay na industriya, ang merkado ng third-generation semiconductor na kinakatawan ng silicon carbide ay nagdulot ng mga bagong oportunidad.

Ang paglaki ng kristal ang pangunahing kawing ng produksyon ng silicon carbide substrate, at ang pangunahing kagamitan ay ang crystal growth furnace. Katulad ng tradisyonal na crystalline silicon-grade crystal growth furnace, ang istruktura ng pugon ay hindi masyadong kumplikado. Ito ay pangunahing binubuo ng katawan ng pugon, sistema ng pag-init, mekanismo ng transmisyon ng coil, sistema ng pagkuha at pagsukat ng vacuum, sistema ng gas path, sistema ng paglamig, sistema ng kontrol, atbp. Ang thermal field at mga kondisyon ng proseso ang tumutukoy sa mga pangunahing tagapagpahiwatig ng kalidad, laki, conductivity at iba pang mahahalagang tagapagpahiwatig ng silicon carbide crystal.

Ⅰ. Mga kahirapan sa teknolohiya ng paglaki ng kristal na silicon carbide

Ang temperatura ng paglaki ng silicon carbide crystal ay napakataas at hindi maaaring subaybayan, kaya ang pangunahing kahirapan ay nasa proseso mismo:

(1)Kahirapan sa pagkontrol sa thermal fieldMahirap at hindi makontrol ang pagsubaybay sa saradong lukab na may mataas na temperatura. Hindi tulad ng tradisyonal na kagamitan sa paglaki ng kristal na nakabatay sa silicon solution-pulled, na may mataas na antas ng automation at ang proseso ng paglaki ng kristal ay maaaring obserbahan, kontrolin, at isaayos, ang mga kristal na silicon carbide ay lumalaki sa isang saradong espasyo sa isang kapaligirang may mataas na temperatura na higit sa 2,000°C, at ang temperatura ng paglaki ay kailangang tumpak na kontrolin habang gumagawa, na nagpapahirap sa pagkontrol ng temperatura;

(2)Hirap sa pagkontrol sa anyo ng kristalAng mga micropipe, polymorphic inclusions, dislocations at iba pang mga depekto ay madaling mangyari sa proseso ng paglaki, at ang mga ito ay nakakaapekto at nagbabago sa isa't isa. Ang mga micropipe (MP) ay mga through-type na depekto na may sukat na ilang microns hanggang sampu-sampung microns, na mga nakamamatay na depekto ng mga aparato. Ang mga single crystal na silicon carbide ay kinabibilangan ng higit sa 200 iba't ibang anyo ng kristal, ngunit ilan lamang sa mga istrukturang kristal (Uri ng 4H) ay ang mga materyales na semiconductor na kinakailangan para sa produksyon. Ang pagbabago ng anyo ng kristal ay madaling mangyari sa panahon ng proseso ng paglaki, na nagreresulta sa mga depekto sa polymorphic inclusion. Samakatuwid, kinakailangang tumpak na kontrolin ang mga parameter tulad ng silicon-carbon ratio, growth temperature gradient, crystal growth rate, at gas flow pressure.

Bukod pa rito, mayroong temperature gradient sa thermal field ng silicon carbide single crystal growth, na humahantong sa native internal stress at sa mga nagresultang dislocations (basal plane dislocation BPD, screw dislocation TSD, edge dislocation TED) habang nasa proseso ng paglaki ng kristal, kaya naaapektuhan ang kalidad at performance ng mga kasunod na epitaxy at mga device.

(3)Mahirap na kontrol sa dopingAng pagpasok ng mga panlabas na dumi ay dapat na mahigpit na kontrolado upang makakuha ng konduktibong kristal na may directional doping;

(4)Mabagal na bilis ng paglago: Ang bilis ng paglaki ng silicon carbide ay napakabagal. Tradisyonalmga materyales na silikon3 araw lamang ang kailangan para lumaki at maging isang crystal rod, habang ang mga silicon carbide crystal rod ay nangangailangan ng 7 araw. Ito ay humahantong sa natural na mas mababang kahusayan sa produksyon ng silicon carbide at napakalimitadong output.

Sa kabilang banda, ang mga parametro ng epitaxial growth ng silicon carbide ay lubhang hinihingi, kabilang ang pagiging hindi mapapasukan ng hangin ng kagamitan, ang katatagan ng presyon ng gas sa reaction chamber, ang tumpak na pagkontrol sa oras ng pagpapasok ng gas, ang katumpakan ng ratio ng gas, at ang mahigpit na pamamahala ng temperatura ng deposition. Sa partikular, sa pagbuti ng antas ng resistance voltage ng device, ang kahirapan sa pagkontrol sa mga core parameter ng epitaxial wafer ay tumaas nang malaki.

Bukod pa rito, kasabay ng pagtaas ng kapal ng epitaxial layer, kung paano kontrolin ang pagkakapareho ng resistivity at bawasan ang densidad ng depekto habang tinitiyak ang kapal ay naging isa pang malaking hamon. Sa electrified control system, kinakailangang isama ang mga high-precision sensor at actuator upang matiyak na ang iba't ibang parameter ay maaaring tumpak at matatag na ma-regulate. Kasabay nito, mahalaga rin ang pag-optimize ng control algorithm. Kailangan nitong maisaayos ang control strategy sa real time ayon sa feedback signal upang umangkop sa iba't ibang pagbabago sa...paglago ng epitaxial ng silikon na karbidaproseso.

Ⅱ. Ang mga pangunahing kahirapan sa paggawa ng mga substrate ng silicon carbide:

1. Ang temperatura ng paglaki ay higit sa 2000℃, na doble ang taas kaysa sa silicon.

2. Maliit ang kapal ng crystal rod sa panahon ng paglaki ng kristal, at ang isang 2cm na silicon carbide crystal rod ay lumalaki sa loob ng 7 araw.

3. Mataas ang mga kinakailangan para sa uri ng kristal, at kakaunti lamang ang single-crystal silicon carbide na may istrukturang kristal.

4. Mataas ang pagkasira sa pagputol, at ang silicon carbide ay may napakataas na tigas.

Sa buod, ang magastos na gastos sa oras at masalimuot na teknolohiya sa pagproseso ang tumutukoy sa mataas na halaga ng mga substrate ng silicon carbide, na naglilimita sa aplikasyon ng silicon carbide.

III. Pag-uuri ng mga hurno ng paglago ng kristal

Ayon sa iba't ibang paraan ng pag-init, ang mga crystal growth furnace ay maaaring hatiin sa uri ng induction at uri ng resistance. Sa kasalukuyan, karamihan sa mga kagamitan sa merkado ay uri ng induction, na may mga bentahe ng mababang gastos, simpleng istraktura, maginhawang pagpapanatili at mataas na thermal efficiency. Gayunpaman, dahil sa electromagnetic induction effect, ang axial temperature at radial temperature ng induction heating ay magkaugnay, at imposibleng isaalang-alang ang parehong bilis ng paglaki ng kristal at ang kalidad ng paglaki ng kristal.

Ang resistance thermal field growth platform ay kayang kumokontrol nang tumpak sa axial temperature at radial temperature, ayon sa pagkakabanggit, na nakakatulong sa paglaki ng malalaking kristal at nagpapabuti sa bilis ng paglaki ng kristal. Isa ito sa mga solusyon para sa hinaharap na mataas na kalidad na 8-pulgadang silicon carbide crystal.

Paghahambing sa pagitan ng paraan ng induction at paraan ng resistance: