Жоғары сапалы кремний карбидінің монокристаллын дайындаудың негізгі аспектілері

Кремнийдің монокристаллын дайындаудың негізгі әдістеріне мыналар жатады: Физикалық бу тасымалдау (ФБТ), Жоғарғы тұқымды ерітіндіні өсіру (ТСГ) және Жоғары температуралы химиялық буды тұндыру (ЖХХТ). Олардың ішінде ФБТ әдісі қарапайым жабдықтарына, басқарудың қарапайымдылығына және жабдықтар мен пайдалану шығындарының төмендігіне байланысты өнеркәсіптік өндірісте кеңінен қолданылады.

Кремний карбиді кристалдарының PVT өсуінің негізгі техникалық мәселелері

Физикалық бу тасымалдау (ФБТ) әдісін қолданып кремний карбиді кристалдарын өсіру кезінде келесі техникалық аспектілерді ескеру қажет:

1. Өсіру камерасындағы графит материалдарының тазалығы: Графит компоненттеріндегі қоспа мөлшері 5×10⁻⁶-тен төмен болуы керек, ал оқшаулағыш киіздегі қоспа мөлшері 10×10⁻⁶-тен төмен болуы керек. B және Al сияқты элементтер 0,1×10⁻⁶-тен төмен болуы керек.
2. Тұқым кристалдарының полярлығын дұрыс таңдау: Эмпирикалық зерттеулер C (0001) беті 4H-SiC кристалдарын өсіруге жарамды екенін, ал Si (0001) беті 6H-SiC кристалдарын өсіруге қолданылатынын көрсетеді.
3. Осьтен тыс тұқым кристалдарын пайдалану: Осьтен тыс тұқым кристалдары кристалдардың өсуінің симметриясын өзгертіп, кристалдағы ақауларды азайта алады.
4. Жоғары сапалы тұқым кристалдарын байланыстыру процесі.
5. Өсу циклі кезінде кристалдардың өсу интерфейсінің тұрақтылығын сақтау.

Кремний карбиді кристалдарын өсірудің негізгі технологиялары

1. Кремний карбид ұнтағын легирлеу технологиясы
   Кремний карбиді ұнтағын тиісті мөлшерде Ce-мен легирлеу 4H-SiC монокристалдарының өсуін тұрақтандыра алады. Тәжірибелік нәтижелер Ce легирлеуінің келесідей нәтижелерге әкелетінін көрсетеді:

• Кремний карбиді кристалдарының өсу жылдамдығын арттырыңыз.
• Кристаллдың өсуінің бағытын бақылаңыз, оны біркелкі және тұрақты етіңіз.
• Қоспаның түзілуін басады, ақауларды азайтады және монокристалды және жоғары сапалы кристалдардың өндірілуін жеңілдетеді.
• Кристаллдың артқы жағындағы коррозияны тежейді және монокристаллдық өнімділікті жақсартады.

• Осьтік және радиалды температура градиентін басқару технологиясы
  Осьтік температура градиенті негізінен кристалдардың өсу түрі мен тиімділігіне әсер етеді. Температура градиентінің шамадан тыс аз болуы поликристалды түзілуге ​​және өсу қарқынын төмендетуге әкелуі мүмкін. Тиісті осьтік және радиалды температура градиенттері кристалдардың тұрақты сапасын сақтай отырып, SiC кристалдарының тез өсуіне ықпал етеді.
• Базальды жазықтықтың дислокациясын (БЖД) басқару технологиясы
  BPD ақаулары негізінен кристалдағы ығысу кернеуі SiC-дің критикалық ығысу кернеуінен асып кеткенде пайда болады, бұл сырғанау жүйелерін белсендіреді. BPD кристалдардың өсу бағытына перпендикуляр болғандықтан, олар негізінен кристалдардың өсуі мен салқындауы кезінде пайда болады.
• Бу фазасының құрамының қатынасын реттеу технологиясы
  Өсу ортасында көміртек пен кремнийдің арақатынасын арттыру монокристалды өсуді тұрақтандырудың тиімді шарасы болып табылады. Көміртек пен кремнийдің арақатынасының жоғары болуы үлкен сатылы шоғырлануды азайтады, тұқым кристалдарының беткі өсу ақпаратын сақтайды және политиптің түзілуін басады.
• Төмен кернеуді басқару технологиясы
  Кристаллдың өсуі кезіндегі кернеу кристал жазықтықтарының майысуына әкелуі мүмкін, бұл кристалл сапасының нашарлауына немесе тіпті жарықшақтардың пайда болуына әкеледі. Жоғары кернеу сонымен қатар базальды жазықтықтың дислокациясын арттырады, бұл эпитаксиалды қабаттың сапасына және құрылғының жұмысына кері әсер етуі мүмкін.

6 дюймдік SiC пластинасын сканерлеу кескіні

Кристалдардағы кернеуді азайту әдістері:

• SiC монокристалдарының тепе-теңдікке жақын өсуін қамтамасыз ету үшін температура өрісінің таралуын және процесс параметрлерін реттеңіз.
• Минималды шектеулермен кристалдардың еркін өсуіне мүмкіндік беретіндей етіп, тигель құрылымын оңтайландырыңыз.
• Тұқым кристалы мен графит ұстағыш арасындағы жылулық кеңею сәйкессіздігін азайту үшін тұқым кристалын бекіту әдістерін өзгертіңіз. Кең таралған тәсіл - тұқым кристалы мен графит ұстағыш арасында 2 мм саңылау қалдыру.
• Ішкі кернеуді толығымен босату үшін күйдіру температурасы мен ұзақтығын реттеу, пеште күйдіруді жергілікті жерде енгізу арқылы күйдіру процестерін жақсарту.

Кремний карбиді кристалдарын өсіру технологиясының болашақ үрдістері

Болашақта жоғары сапалы SiC монокристаллды дайындау технологиясы келесі бағыттар бойынша дамиды:

1. Ірі көлемді өсім
   Кремний карбидінің монокристалдарының диаметрі бірнеше миллиметрден 6 дюймдік, 8 дюймдік және тіпті 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 жоғары өнімді құрылғылар үшін өте маңызды. Айтарлықтай ілгерілеушілікке қол жеткізілгенімен, микроқұбырлар, дислокациялар және қоспалар сияқты ақаулар әлі де бар, бұл құрылғының жұмысы мен сенімділігіне әсер етеді.
3. Шығындарды азайту
   SiC кристалын дайындаудың жоғары құны оны белгілі бір салаларда қолдануды шектейді. Өсу процестерін оңтайландыру, өндіріс тиімділігін арттыру және шикізат шығындарын азайту өндіріс шығындарын азайтуға көмектеседі.
4. Интеллектуалды өсу
   Жасанды интеллект пен үлкен деректер саласындағы жетістіктермен SiC кристалдарын өсіру технологиясы ақылды шешімдерді барған сайын көбірек қолданады. Сенсорлар мен автоматтандырылған жүйелерді пайдаланып нақты уақыт режимінде мониторинг және басқару процестің тұрақтылығы мен басқарылуын арттырады. Сонымен қатар, үлкен деректерді талдау өсу параметрлерін оңтайландыра алады, кристалдардың сапасы мен өндіріс тиімділігін жақсартады.

Жартылай өткізгіш материалдарды зерттеуде жоғары сапалы кремний карбидінің монокристаллын дайындау технологиясы негізгі бағыт болып табылады. Технология дамыған сайын SiC кристалдарын өсіру әдістері дами береді, бұл жоғары температуралы, жоғары жиілікті және жоғары қуатты өрістерде қолдану үшін берік негіз болады.