Кремний карбидінің монокристалдарын өсірудің негізгі әдістеріне физикалық буларды тасымалдау (PVT), жоғарғы себілген ерітіндінің өсуі (TSSG) және жоғары температурадағы химиялық буларды тұндыру (HT-CVD) жатады.

Олардың ішінде PVT әдісі жабдықты орнатудың қарапайымдылығы, пайдалану мен басқарудың қарапайымдылығы, жабдық пен пайдалану шығындарының төмендігі арқасында өнеркәсіптік өндірістің негізгі әдісі болды.

---

PVT әдісін қолдану арқылы SiC кристалының өсуінің негізгі техникалық нүктелері

ПВТ әдісімен кремний карбиді кристалдарын өсіру үшін бірнеше техникалық аспектілерді мұқият бақылау керек:

1. Графит материалдарының жылу өрісіндегі тазалығы
   Кристалл өсу жылу өрісінде қолданылатын графит материалдары қатаң тазалық талаптарына сай болуы керек. Графит құрамдас бөліктеріндегі қоспа мөлшері 5×10⁻⁶ төмен, ал оқшаулау киіздері үшін 10×10⁻⁶ төмен болуы керек. Атап айтқанда, бор (B) және алюминий (Al) мазмұны әрқайсысы 0,1×10⁻⁶ төмен болуы керек.

2. Тұқымдық кристалдың дұрыс полярлығы
   Эмпирикалық деректер C-бетінің (0001) 4H-SiC кристалдарын өсіруге жарамды екенін көрсетеді, ал Si-бет (0001) 6H-SiC өсуі үшін қолайлы.

3. Осьтен тыс тұқымдық кристалдарды пайдалану
   Осьтен тыс тұқымдар өсу симметриясын өзгерте алады, кристалдық ақауларды азайтады және кристалдың сапасын жақсартады.

4. Тұқымдық кристалды байланыстырудың сенімді әдісі
   Тұқымдық кристал мен ұстағыш арасындағы дұрыс байланыс өсу кезінде тұрақтылық үшін маңызды.

5. Өсу интерфейсінің тұрақтылығын сақтау
   Кристаллдың жоғары сапалы дамуын қамтамасыз ету үшін бүкіл кристалдық өсу циклі кезінде өсу интерфейсі тұрақты болуы керек.

 

---

SiC Crystal Growth негізгі технологиялары

1. SiC ұнтағына арналған допинг технологиясы

Церий (Ce) бар SiC ұнтағы 4H-SiC сияқты бір политиптің өсуін тұрақтандыруы мүмкін. Тәжірибе көрсеткендей, Ce-допинг келесі әрекеттерді орындай алады:

• SiC кристалдарының өсу жылдамдығын арттыру;

• Біркелкі және бағытты өсу үшін кристалды бағдарлауды жақсарту;

• Қоспалар мен ақауларды азайтыңыз;

• Кристалдың артқы жағындағы коррозияны басу;

• Монокристалдық өнімділік жылдамдығын арттырыңыз.

2. Осьтік және радиалды жылу градиенттерін басқару

Осьтік температура градиенттері кристалды политипке және өсу жылдамдығына әсер етеді. Тым кішкентай градиент политипті қосындыларға және бу фазасында материалды тасымалдауды азайтуға әкелуі мүмкін. Осьтік және радиалды градиенттерді оңтайландыру тұрақты сапамен жылдам және тұрақты кристалды өсіру үшін өте маңызды.

3. Базальды жазықтықтың дислокациясын (BPD) басқару технологиясы

BPD негізінен сырғанау жүйелерін белсендіретін SiC кристалдарындағы критикалық шегінен асатын ығысу кернеуіне байланысты қалыптасады. 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 бақылау

Бу фазасында көміртегі-кремний арақатынасын арттыру бір политипті өсуді ынталандырудың дәлелденген әдісі болып табылады. Жоғары C/Si қатынасы макросатылы шоғырлануды азайтады және тұқымдық кристалдан беттік мұраны сақтайды, осылайша қажетсіз политиптердің пайда болуын басады.

5. Төмен күйзелісте өсу әдістері

Кристаллдың өсуі кезіндегі кернеу қисық тор жазықтықтарына, жарықтарға және жоғары BPD тығыздығына әкелуі мүмкін. Бұл ақаулар эпитаксиалды қабаттарға өтіп, құрылғының жұмысына теріс әсер етуі мүмкін.

Ішкі кристалдық кернеуді азайтудың бірнеше стратегиясы мыналарды қамтиды:

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

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

• Жылыту кезінде тұқым мен графит арасындағы термиялық кеңею сәйкессіздігін азайту үшін тұқым ұстағышының конфигурациясын жақсарту, көбінесе тұқым мен ұстағыш арасында 2 мм бос орын қалдыру;

• Жасыту процестерін тазарту, кристалды пешпен бірге салқындатуға мүмкіндік береді және ішкі кернеуді толығымен жою үшін температура мен ұзақтығын реттеу.

---

SiC Crystal Growth Technology тенденциялары

1. Үлкенірек кристалдық өлшемдер
SiC монокристалының диаметрлері бірнеше миллиметрден 6 дюймдік, 8 дюймдік және тіпті 12 дюймдік пластинкаларға дейін өсті. Үлкен пластиналар өндіріс тиімділігін арттырады және шығындарды азайтады, сонымен бірге жоғары қуатты құрылғы қолданбаларының талаптарын қанағаттандырады.

2. Жоғары кристалдық сапа
Жоғары сапалы SiC кристалдары өнімділігі жоғары құрылғылар үшін өте қажет. Елеулі жақсартуларға қарамастан, ағымдағы кристалдар әлі де микроқұбырлар, дислокациялар және қоспалар сияқты ақауларды көрсетеді, олардың барлығы құрылғы өнімділігі мен сенімділігін нашарлатуы мүмкін.

3. Шығындарды азайту
SiC кристалын өндіру әлі де салыстырмалы түрде қымбат, бұл кеңірек қабылдауды шектейді. Оңтайландырылған өсу процестері арқылы шығындарды азайту, өндіріс тиімділігін арттыру және шикізат шығындарын төмендету нарықтық қолданбаларды кеңейту үшін өте маңызды.

4. Интеллектуалды өндіріс
Жасанды интеллект пен үлкен деректер технологияларындағы жетістіктермен SiC кристалының өсуі интеллектуалды, автоматтандырылған процестерге қарай жылжуда. Сенсорлар мен басқару жүйелері өсу жағдайларын нақты уақыт режимінде бақылап, реттей алады, бұл процестің тұрақтылығы мен болжамдылығын жақсартады. Деректерді талдау процесс параметрлері мен кристалдық сапасын одан әрі оңтайландыра алады.

Жоғары сапалы SiC монокристалды өсіру технологиясын әзірлеу жартылай өткізгіш материалдарды зерттеуде басты назарда болып табылады. Технология дамыған сайын, кристалды өсіру әдістері жоғары температурада, жоғары жиілікті және жоғары қуатты электронды құрылғыларда SiC қолданбалары үшін берік негіз болып табылатын дамиды және жетілдіреді.