Кремний карбидінің монокристалдарын өсірудің негізгі әдістеріне физикалық бу тасымалдау (PVT), жоғарғы тұқымды ерітінді өсіру (TSSG) және жоғары температуралы химиялық бу тұндыру (HT-CVD) жатады.

Осылардың ішінде ПВТ әдісі жабдықты салыстырмалы түрде қарапайым орнатуына, пайдалану мен басқарудың қарапайымдылығына, сондай-ақ жабдық пен пайдалану шығындарының төмендігіне байланысты өнеркәсіптік өндірістің негізгі әдісіне айналды.

---

PVT әдісін қолдана отырып, SiC кристалдарын өсірудің негізгі техникалық тұстары

Кремний карбиді кристалдарын PVT әдісімен өсіру үшін бірнеше техникалық аспектілерді мұқият бақылау қажет:

1. Жылу өрісіндегі графит материалдарының тазалығы
   Кристалл өсу термиялық өрісінде қолданылатын графит материалдары қатаң тазалық талаптарына сай болуы керек. Графит компоненттеріндегі қоспа мөлшері 5×10⁻⁶-тен төмен, ал оқшаулағыш киіздер үшін 10×10⁻⁶-тен төмен болуы керек. Атап айтқанда, бор (B) мен алюминийдің (Al) мөлшері 0,1×10⁻⁶-тен төмен болуы керек.

2. Тұқым кристалының дұрыс полярлығы
   Эмпирикалық деректер C-бетінің (0001) 4H-SiC кристалдарын өсіруге жарамды екенін, ал Si-бетінің (0001) 6H-SiC өсуіне жарамды екенін көрсетеді.

3. Осьтен тыс тұқым кристалдарын пайдалану
   Осьтен тыс тұқымдар өсу симметриясын өзгерте алады, кристалл ақауларын азайта алады және кристалл сапасын жақсарта алады.

4. Тұқым кристалдарын сенімді байланыстыру әдісі
   Тұқым кристалы мен ұстағыш арасындағы дұрыс байланыс өсу кезінде тұрақтылық үшін өте маңызды.

5. Өсу интерфейсінің тұрақтылығын сақтау
   Кристаллдың өсу циклінің барлық кезеңінде кристалдың жоғары сапалы дамуын қамтамасыз ету үшін өсу интерфейсі тұрақты болып қалуы керек.

 

---

SiC кристалдарының өсуіндегі негізгі технологиялар

1. SiC ұнтағын легирлеу технологиясы

SiC ұнтағын цериймен (Ce) легирлеу 4H-SiC сияқты бір политиптің өсуін тұрақтандыра алады. Тәжірибе көрсеткендей, Ce легирлеуі:

• SiC кристалдарының өсу қарқынын арттыру;

• Біркелкі және бағытталған өсу үшін кристалдың бағдарын жақсартыңыз;

• Қоспалар мен ақауларды азайту;

• Кристаллдың артқы жағындағы коррозияны басады;

• Монокристаллдың шығымын арттырыңыз.

2. Осьтік және радиалды термиялық градиенттерді басқару

Осьтік температура градиенттері кристалдың политипіне және өсу жылдамдығына әсер етеді. Тым кішкентай градиент политиптік қосылыстарға және бу фазасында материалдың тасымалдануының төмендеуіне әкелуі мүмкін. Осьтік және радиалды градиенттерді оңтайландыру кристалдың жылдам және тұрақты өсуі мен сапасының тұрақтылығы үшін өте маңызды.

3. Базальды жазықтықтың дислокациясын (БЖД) басқару технологиясы

BPD негізінен SiC кристалдарындағы ығысу кернеуінің критикалық шегінен асып кетуіне байланысты пайда болады, бұл сырғанау жүйелерін белсендіреді. BPD өсу бағытына перпендикуляр болғандықтан, олар әдетте кристалдардың өсуі мен салқындауы кезінде пайда болады. Ішкі кернеуді азайту BPD тығыздығын айтарлықтай төмендетуі мүмкін.

4. Бу фазасының құрамының қатынасын басқару

Бу фазасында көміртек-кремний қатынасын арттыру бір политиптің өсуін ынталандырудың дәлелденген әдісі болып табылады. Жоғары C/Si қатынасы макростеп шоғырлануды азайтады және тұқым кристалынан беттік мұрагерлікті сақтайды, осылайша қажетсіз политиптердің пайда болуын басады.

5. Төмен стрессті өсу әдістері

Кристаллдың өсуі кезіндегі кернеу қисық тор жазықтықтарына, жарықтарға және BPD тығыздығының жоғарылауына әкелуі мүмкін. Бұл ақаулар эпитаксиалды қабаттарға өтіп, құрылғының жұмысына кері әсер етуі мүмкін.

Ішкі кристалдық кернеуді азайтудың бірнеше стратегиялары мыналарды қамтиды:

• Тепе-теңдікке жақын өсуді ынталандыру үшін жылу өрісінің таралуын және процесс параметрлерін реттеу;

• Кристаллдың механикалық шектеусіз еркін өсуіне мүмкіндік беретін тигель дизайнын оңтайландыру;

• Тұқым мен ұстағыш арасында 2 мм саңылау қалдыру арқылы қыздыру кезінде тұқым мен графит арасындағы жылулық кеңею сәйкессіздігін азайту үшін тұқым ұстағыштың конфигурациясын жақсарту;

• Күйдіру процестерін тазарту, кристалдың пешпен бірге суытуына мүмкіндік беру және ішкі кернеуді толығымен жеңілдету үшін температура мен ұзақтығын реттеу.

---

SiC кристалдарын өсіру технологиясындағы үрдістер

1. Үлкенірек кристалл өлшемдері
SiC монокристаллдарының диаметрлері бірнеше миллиметрден 6 дюймдік, 8 дюймдік және тіпті 12 дюймдік пластиналарға дейін өсті. Үлкенірек пластиналар өндіріс тиімділігін арттырады және шығындарды азайтады, сонымен бірге жоғары қуатты құрылғыларды қолдану талаптарын қанағаттандырады.

2. Жоғары кристалдық сапа
Жоғары сапалы SiC кристалдары жоғары өнімді құрылғылар үшін өте маңызды. Айтарлықтай жақсартуларға қарамастан, қазіргі кристалдарда әлі де микроқұбырлар, дислокациялар және қоспалар сияқты ақаулар бар, олардың барлығы құрылғының өнімділігі мен сенімділігін төмендетуі мүмкін.

3. Шығындарды азайту
SiC кристалын өндіру әлі де салыстырмалы түрде қымбат, бұл кеңінен қолдануды шектейді. Нарықтық қолдануды кеңейту үшін оңтайландырылған өсу процестері, өндіріс тиімділігін арттыру және шикізат шығындарын төмендету арқылы шығындарды азайту өте маңызды.

4. Ақылды өндіріс
Жасанды интеллект пен үлкен деректер технологияларының дамуымен SiC кристалдарының өсуі ақылды, автоматтандырылған процестерге қарай жылжуда. Сенсорлар мен басқару жүйелері өсу жағдайларын нақты уақыт режимінде бақылай және реттей алады, бұл процестің тұрақтылығы мен болжамдылығын жақсартады. Деректерді талдау процесс параметрлерін және кристалдардың сапасын одан әрі оңтайландыра алады.

Жартылай өткізгіш материалдарды зерттеуде жоғары сапалы SiC монокристаллды өсіру технологиясын әзірлеу басты назарда. Технология дамыған сайын кристалды өсіру әдістері дамып, жетілдіріліп, жоғары температуралы, жоғары жиілікті және жоғары қуатты электрондық құрылғыларда SiC қолдану үшін берік негіз болады.