SiCkatta tarmoqli oralig'i, yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi, yuqori kritik parchalanish maydonining kuchliligi va yuqori elektron to'yinganlik tezligi xususiyatlariga ega. U yuqori harorat, yuqori bosim, yuqori chastotali va yuqori quvvat sharoitida qo'llanilish talablariga javob berishi mumkin. U yangi energiya vositalari, fotovoltaika, sanoat boshqaruvi, radiochastotali aloqa va boshqa sohalarda keng qo'llanilishi mumkin. Tegishli sohalarning jadal rivojlanishi bilan kremniy karbidi bilan ifodalangan uchinchi avlod yarimo'tkazgichlar bozori yangi imkoniyatlarni ochdi.
Kristall o'sishi kremniy karbid substrat ishlab chiqarishning asosiy bo'g'ini bo'lib, asosiy uskuna kristall o'sish pechidir. An'anaviy kristalli kremniy darajasidagi kristall o'sish pechlariga o'xshab, pechning tuzilishi unchalik murakkab emas. U asosan pech korpusi, isitish tizimi, spiral uzatish mexanizmi, vakuumni olish va o'lchash tizimi, gaz yo'li tizimi, sovutish tizimi, boshqaruv tizimi va boshqalardan iborat. Issiqlik maydoni va jarayon sharoitlari kremniy karbid kristalining sifati, o'lchami, o'tkazuvchanligi va boshqa asosiy ko'rsatkichlarning asosiy ko'rsatkichlarini belgilaydi.
I. Kremniy karbid kristallarini o'stirish texnologiyasidagi qiyinchiliklar
Kremniy karbid kristalining o'sish harorati juda yuqori va uni kuzatib bo'lmaydi, shuning uchun asosiy qiyinchilik jarayonning o'zida yotadi:
(1)Issiqlik maydonini boshqarishdagi qiyinchilikYopiq yuqori haroratli bo'shliqni kuzatish qiyin va nazorat qilib bo'lmaydi. Yuqori darajadagi avtomatlashtirishga ega va kristall o'sish jarayonini kuzatish, boshqarish va sozlash mumkin bo'lgan an'anaviy kremniy asosidagi eritma bilan tortiladigan kristall o'sish uskunasidan farqli o'laroq, kremniy karbid kristallari 2000°C dan yuqori haroratli muhitda yopiq joyda o'sadi va ishlab chiqarish jarayonida o'sish harorati aniq nazorat qilinishi kerak, bu esa haroratni nazorat qilishni qiyinlashtiradi;
(2)Kristall shaklini boshqarishdagi qiyinchilikMikrotrubalar, polimorfik qo'shilishlar, dislokatsiyalar va boshqa nuqsonlar o'sish jarayonida yuzaga kelishi mumkin va ular bir-biriga ta'sir qiladi va rivojlanadi. Mikrotrubalar (MP) bir necha mikrondan o'nlab mikrongacha bo'lgan o'lchamdagi nuqsonlar bo'lib, ular qurilmalarning halokatli nuqsonlari hisoblanadi. Kremniy karbid monokristallari 200 dan ortiq turli xil kristall shakllarini o'z ichiga oladi, ammo faqat bir nechta kristall tuzilmalar (4H turi) ishlab chiqarish uchun zarur bo'lgan yarimo'tkazgich materiallardir. Kristall shaklining o'zgarishi o'sish jarayonida yuzaga kelishi mumkin, bu esa polimorfik qo'shilish nuqsonlariga olib keladi. Shuning uchun kremniy-uglerod nisbati, o'sish harorati gradiyenti, kristall o'sish tezligi va gaz oqimi bosimi kabi parametrlarni aniq nazorat qilish kerak.
Bundan tashqari, kremniy karbid monokristalli o'sishining termal maydonida harorat gradienti mavjud bo'lib, bu kristall o'sishi jarayonida ichki stressga va natijada yuzaga keladigan dislokatsiyalarga (bazal tekislik dislokatsiyasi BPD, vint dislokatsiyasi TSD, chekka dislokatsiyasi TED) olib keladi va shu bilan keyingi epitaksiya va qurilmalarning sifati va ishlashiga ta'sir qiladi.
(3)Qiyin doping nazoratiYo'naltirilgan qo'shimchali o'tkazuvchan kristall olish uchun tashqi aralashmalarning kiritilishi qat'iy nazorat qilinishi kerak;
(4)Sekin o'sish sur'ati: Kremniy karbidining o'sish sur'ati juda sekin. An'anaviykremniy materiallariKristall tayoqchaga aylanishi uchun atigi 3 kun kerak bo'ladi, kremniy karbid kristall tayoqchalari esa 7 kun kerak bo'ladi. Bu kremniy karbidining tabiiy ravishda past ishlab chiqarish samaradorligiga va juda cheklangan ishlab chiqarishga olib keladi.
Boshqa tomondan, kremniy karbidining epitaksial o'sishi parametrlari juda talabchan, jumladan, uskunaning havo o'tkazmasligi, reaksiya kamerasidagi gaz bosimining barqarorligi, gazni kiritish vaqtini aniq boshqarish, gaz nisbatining aniqligi va cho'ktirish haroratini qat'iy boshqarish. Xususan, qurilmaning chidamlilik kuchlanish darajasining yaxshilanishi bilan epitaksial plastinkaning asosiy parametrlarini boshqarish qiyinligi sezilarli darajada oshdi.
Bundan tashqari, epitaksial qatlam qalinligining oshishi bilan, qarshilikning bir xilligini qanday boshqarish va qalinlikni ta'minlash bilan birga nuqson zichligini kamaytirish yana bir katta muammoga aylandi. Elektrlashtirilgan boshqaruv tizimida turli parametrlarni aniq va barqaror boshqarish mumkinligini ta'minlash uchun yuqori aniqlikdagi sensorlar va aktuatorlarni birlashtirish zarur. Shu bilan birga, boshqaruv algoritmini optimallashtirish ham juda muhimdir. Turli o'zgarishlarga moslashish uchun u real vaqt rejimida teskari aloqa signaliga muvofiq boshqaruv strategiyasini sozlash imkoniyatiga ega bo'lishi kerak.kremniy karbidining epitaksial o'sishijarayon.
Ⅱ. Kremniy karbid substratlarini ishlab chiqarishdagi asosiy qiyinchiliklar:
1. O'sish harorati 2000 ℃ dan yuqori, bu kremniynikidan ikki baravar yuqori.
2. Kristall o'sish davrida kristall tayoqchaning qalinligi kichik bo'ladi va 2 sm li kremniy karbidli kristall tayoqcha 7 kunda o'sadi.
3. Kristall turiga talablar yuqori va kristall tuzilishga ega bo'lgan bir nechta monokristalli kremniy karbidlari mavjud.
4. Kesish aşınması yuqori va kremniy karbidi juda yuqori qattiqlikka ega.
Xulosa qilib aytganda, qimmat vaqt sarfi va murakkab qayta ishlash texnologiyasi kremniy karbid substratlarining yuqori narxini belgilaydi, bu esa kremniy karbidining qo'llanilishini cheklaydi.
III. Kristall o'sish pechlarining tasnifi
Turli xil isitish usullariga ko'ra, kristall o'sish pechlarini induksiya turiga va qarshilik turiga bo'lish mumkin. Hozirgi vaqtda bozordagi uskunalarning aksariyati induksiya turi bo'lib, u arzon narx, oddiy tuzilish, qulay texnik xizmat ko'rsatish va yuqori issiqlik samaradorligi kabi afzalliklarga ega. Biroq, elektromagnit induksiya effekti tufayli induksiyali isitishning eksenel harorati va radial harorati bir-biri bilan bog'liq bo'lib, kristall o'sish tezligini ham, kristall o'sish sifatini ham hisobga olishning iloji yo'q.
Qarshilik termal maydonini o'sish platformasi mos ravishda eksenel harorat va radial haroratni aniq boshqarishi mumkin, bu esa katta o'lchamli kristallarning o'sishiga yordam beradi va kristallarning o'sish tezligini yaxshilaydi. Bu kelajakda yuqori sifatli 8 dyuymli kremniy karbid kristallarining o'sishi uchun yechimlardan biridir.
Induksiya usuli va qarshilik usuli o'rtasidagi taqqoslash:
| Induksiya usuli | Qarshilik usuli | |
| Ish printsipi | Induksion isitish - bu elektr tokining magnit ta'siridan foydalanib, ish qismining sirt qatlamida nisbatan yuqori zichlikdagi induksion tok hosil qiladigan, uni tezda ostenit holatiga keltiradigan va keyin martensit tuzilishini olish uchun tezda sovutib yuboradigan issiqlik bilan ishlov berish usuli. | Qarshilik bilan isitish issiqlik manbai sifatida o'tkazgichdan o'tadigan tok tomonidan hosil bo'lgan Joule issiqligidan foydalanadi. Uni ikki toifaga bo'lish mumkin: bilvosita qarshilik bilan isitish (elektr isitish elementi yoki o'tkazuvchan muhit) va to'g'ridan-to'g'ri qarshilik bilan isitish. |
| Haroratni nazorat qilish | Induksiya usuli ichki magnit maydonni tigel tashqarisidagi induksiya bobini orqali isitadi. Isitish tezligi tez, lekin induksiya bobini va tigel orasidagi masofa uzoq, nurlanish maydoni tarqalgan va tigel yuzasining gorizontal yo'nalishda issiqlik hosil bo'lishini aniq boshqarish qiyin. | Qarshilik usuli tigelga yaqin bo'lgan alohida isitgichni o'rnatadi. Isitgichni sozlash orqali tigel yuzasining haroratini aniqroq boshqarish mumkin. |
| Katta o'lchamli kristall o'sishi | Induksion usulli termal maydon tuzilishiga bir nechta isitish bobinlarini qo'shganda, magnit maydonlar bir-biri bilan o'zaro aralashishi mumkin, natijada magnit maydon va issiqlik dizayn maqsadiga muvofiq osongina taqsimlanmaydi, bu esa isitish effekti va kristall o'sishiga ta'sir qiladi. | Qarshilik isitish kristalli o'sish uskunalari uchun ko'p bosqichli mustaqil boshqaruv isitish tizimini loyihalash osonroq va uskunaning o'zi radial gradiyenti kichik bo'lib, katta o'lchamli kristall o'sishi ehtiyojlarini qondira oladi. |
| Kristall o'sish aylanishi | Induksiya usulida kristall o'sishi taxminan 10 kun, tavlash 10-15 kun va umumiy o'sish sikli 20-25 kun davom etadi. | Kristall o'sish aylanishi taxminan 5-7 kunni tashkil qiladi va uni avtomatik ravishda tavlash mumkin va elektr uzilishidan keyin harorat asta-sekin pasayadi. |
| Energiya sarfi | Qarshilik usulining energiya sarfi induksiya usuliga qaraganda 2-3 baravar yuqori. | |
| Hosildorlik darajasi | Qarshilik usuli bilan kristall o'stirish pechida yetishtirilgan kristallarning hosildorligi induksiya usuli bilan kristall o'stirish pechiga nisbatan ancha yaxshilandi | |
Nashr vaqti: 2025-yil 24-iyun