Жоғары сапалы кремний карбиді монокристалды дайындауға арналған негізгі ойлар

Кремний монокристалын дайындаудың негізгі әдістеріне мыналар жатады: будың физикалық тасымалдауы (PVT), жоғарғы себілген ерітіндінің өсуі (TSSG) және жоғары температурадағы химиялық будың тұндыру (HT-CVD). Бұлардың ішінде қарапайым жабдықталуына, басқарудың қарапайымдылығына, сондай-ақ жабдық пен пайдалану шығындарының төмендігіне байланысты ПВТ әдісі өнеркәсіптік өндірісте кеңінен қолданылады.

Кремний карбиді кристалдарының PVT өсуіне арналған негізгі техникалық нүктелер

Физикалық бу тасымалдау (PVT) әдісімен кремний карбиді кристалдарын өсіру кезінде келесі техникалық аспектілерді ескеру қажет:

1. Өсіру камерасындағы графит материалдарының тазалығы: Графит құрамдас бөліктеріндегі қоспа мөлшері 5×10⁻⁶ төмен болуы керек, ал оқшаулау киізіндегі қоспа мөлшері 10×10⁻⁶ төмен болуы керек. B және Al сияқты элементтерді 0,1×10⁻⁶ төмен ұстау керек.
2. Тұқымдық кристалды полярлықты дұрыс таңдау: Эмпирикалық зерттеулер көрсеткендей, C (0001) беті 4H-SiC кристалдарын өсіруге жарамды, ал Si (0001) беті 6H-SiC кристалдарын өсіру үшін пайдаланылады.
3. Осьтен тыс тұқым кристалдарын пайдалану: осьтен тыс тұқым кристалдары кристалл өсу симметриясын өзгертіп, кристалдағы ақауларды азайтады.
4. Жоғары сапалы тұқымдық кристалды байланыстыру процесі.
5. Өсу циклі кезінде кристалдық өсу интерфейсінің тұрақтылығын сақтау.

Кремний карбиді кристалының өсуіне арналған негізгі технологиялар

1. Кремний карбиді ұнтағы үшін допинг технологиясы
   Кремний карбиді ұнтағын Ce сәйкес мөлшерде қоспалау 4H-SiC монокристалдарының өсуін тұрақтандыруы мүмкін. Тәжірибелік нәтижелер Ce допингінің мыналарды көрсете алатынын көрсетеді:

• Кремний карбиді кристалдарының өсу жылдамдығын арттыру.
• Кристалл өсу бағытын бақылаңыз, оны біркелкі және тұрақты етіп жасаңыз.
• Қоспаның түзілуін басу, ақауларды азайту және монокристалды және жоғары сапалы кристалдардың өндірісін жеңілдету.
• Кристалдың артқы жағындағы коррозияны болдырмаңыз және монокристалды шығымдылықты жақсартыңыз.

• Температураның осьтік және радиалды градиентті басқару технологиясы
  Осьтік температура градиенті ең алдымен кристалдың өсу түріне және тиімділігіне әсер етеді. Тым кішкентай температура градиенті поликристалды түзуге және өсу қарқынын төмендетуге әкелуі мүмкін. Тиісті осьтік және радиалды температура градиенттері тұрақты кристалдық сапасын сақтай отырып, SiC кристалының жылдам өсуін жеңілдетеді.
• Базальды жазықтықтың дислокациясын (BPD) басқару технологиясы
  BPD ақаулары негізінен кристалдағы ығысу кернеуі сырғанау жүйелерін белсендіретін SiC сыни ығысу кернеуінен асып кеткенде пайда болады. BPD кристалдардың өсу бағытына перпендикуляр болғандықтан, олар ең алдымен кристалдардың өсуі мен салқындауы кезінде пайда болады.
• Бу фазасының құрамының қатынасын реттеу технологиясы
  Өсу ортасындағы көміртегі-кремний арақатынасын арттыру монокристалды өсуді тұрақтандырудың тиімді шарасы болып табылады. Көміртегі-кремний арақатынасының жоғары болуы үлкен қадамдық шоғырлануды азайтады, тұқым кристалының бетінің өсуі туралы ақпаратты сақтайды және политипті түзуді басады.
• Төмен кернеуді басқару технологиясы
  Кристаллдың өсуі кезіндегі кернеу кристалдық жазықтықтардың майысуын тудыруы мүмкін, бұл кристалдың сапасының нашарлауына немесе тіпті крекингке әкеледі. Жоғары кернеу сонымен қатар эпитаксиалды қабаттың сапасына және құрылғының жұмысына теріс әсер етуі мүмкін базальды жазықтықтың дислокациясын арттырады.

6 дюймдік SiC вафли сканерлеу кескіні

Кристаллдардағы кернеуді төмендету әдістері:

• SiC монокристалдарының тепе-теңдікке жақын өсуін қамтамасыз ету үшін температура өрісінің таралуын және процесс параметрлерін реттеңіз.
• Минималды шектеулермен кристалдардың еркін өсуіне мүмкіндік беру үшін тигель құрылымын оңтайландырыңыз.
• Тұқым кристалы мен графит ұстағышы арасындағы термиялық кеңею сәйкессіздігін азайту үшін тұқым кристалын бекіту әдістерін өзгертіңіз. Тұқым кристалы мен графит ұстағышы арасында 2 мм бос орын қалдыру әдеттегі тәсіл болып табылады.
• Ішкі кернеуді толығымен босату үшін күйдіру температурасы мен ұзақтығын реттеу, пеште қыздыруды жүзеге асыру арқылы жасыту процестерін жетілдіріңіз.

Кремний карбиді кристалды өсіру технологиясының болашақ тенденциялары

Болашақта SiC жоғары сапалы монокристалды дайындау технологиясы келесі бағыттар бойынша дамитын болады:

1. Ауқымды өсу
   Кремний карбидінің монокристалдарының диаметрі бірнеше миллиметрден 6 дюймге, 8 дюймге және одан да үлкен 12 дюймдік өлшемдерге дейін өзгерді. Үлкен диаметрлі SiC кристалдары өндіріс тиімділігін арттырады, шығындарды азайтады және жоғары қуатты құрылғылардың талаптарын қанағаттандырады.
2. Жоғары сапалы өсу
   Жоғары сапалы SiC монокристалдары өнімділігі жоғары құрылғылар үшін өте қажет. Айтарлықтай прогреске қол жеткізілгенімен, құрылғының өнімділігі мен сенімділігіне әсер ететін микроқұбырлар, дислокациялар және қоспалар сияқты ақаулар әлі де бар.
3. Шығындарды азайту
   SiC кристалын дайындаудың жоғары құны оның белгілі бір салаларда қолданылуын шектейді. Өсу процестерін оңтайландыру, өндіріс тиімділігін арттыру және шикізат шығындарын азайту өндіріс шығындарын азайтуға көмектеседі.
4. Интеллектуалды өсу
   Жасанды интеллект пен үлкен деректердегі жетістіктермен SiC кристалды өсіру технологиясы интеллектуалды шешімдерді көбірек қабылдайды. Датчиктерді және автоматтандырылған жүйелерді пайдалана отырып, нақты уақыттағы бақылау және бақылау процестің тұрақтылығы мен басқару мүмкіндігін арттырады. Оған қоса, үлкен деректер талдауы өсу параметрлерін оңтайландырып, кристалл сапасы мен өндіріс тиімділігін арттырады.

Жоғары сапалы кремний карбиді монокристалды дайындау технологиясы жартылай өткізгіш материалдарын зерттеуде басты назарда болып табылады. Технология дамыған сайын, SiC кристалдарын өсіру әдістері жоғары температура, жоғары жиілік және жоғары қуатты өрістердегі қолданбалар үшін берік негіз болып табылатын дами береді.