Асноўнымі метадамі атрымання монакрышталяў крэмнію з'яўляюцца: фізічны транспарт з паравой фазы (PVT), вырошчванне з верхнім затраўленнем у растворы (TSSG) і высокатэмпературнае хімічнае асаджэнне з паравой фазы (HT-CVD). Сярод іх метад PVT шырока выкарыстоўваецца ў прамысловай вытворчасці дзякуючы простаму абсталяванню, лёгкасці кіравання, а таксама нізкім выдаткам на абсталяванне і эксплуатацыю.
Асноўныя тэхнічныя моманты для PVT-вырошчвання крышталяў карбіду крэмнію
Пры вырошчванні крышталяў карбіду крэмнію метадам фізічнага пераносу паравой фазы (PVT) неабходна ўлічваць наступныя тэхнічныя аспекты:
- Чысціня графітавых матэрыялаў у камеры росту: утрыманне прымешак у графітавых кампанентах павінна быць менш за 5×10⁻⁶, а ўтрыманне прымешак у ізаляцыйным лямцы павінна быць менш за 10×10⁻⁶. Такія элементы, як B і Al, павінны быць менш за 0,1×10⁻⁶.
- Правільны выбар палярнасці затраўкі крышталя: Эмпірычныя даследаванні паказваюць, што грань C (0001) падыходзіць для вырошчвання крышталяў 4H-SiC, у той час як грань Si (0001) выкарыстоўваецца для вырошчвання крышталяў 6H-SiC.
- Выкарыстанне пазавосевых затравак: пазавосевыя затравак могуць змяніць сіметрыю росту крышталяў, памяншаючы дэфекты ў крышталі.
- Высокаякасны працэс звязвання крышталяў-зародкаў.
- Падтрыманне стабільнасці паверхні крышталя падчас цыклу росту.
Ключавыя тэхналогіі для вырошчвання крышталяў карбіду крэмнію
- Тэхналогія легіравання парашка карбіду крэмнію
Легаванне парашка карбіду крэмнію адпаведнай колькасцю цэрыя можа стабілізаваць рост монакрышталяў 4H-SiC. Практычныя вынікі паказваюць, што легаванне цэрыям можа:
- Павялічце хуткасць росту крышталяў карбіду крэмнію.
- Кантралюйце арыентацыю росту крышталяў, робячы яго больш аднастайным і рэгулярным.
- Падаўляюць утварэнне прымешак, памяншаючы дэфекты і спрыяючы вытворчасці монакрышталічных і высакаякасных крышталяў.
- Перашкаджае карозіі зваротнага боку крышталя і паляпшае выхад монакрышталяў.
- Тэхналогія кантролю восевага і радыяльнага градыенту тэмпературы
Восевы градыент тэмпературы ў першую чаргу ўплывае на тып і эфектыўнасць росту крышталяў. Занадта малы градыент тэмпературы можа прывесці да ўтварэння полікрышталікаў і знізіць хуткасць росту. Правільныя восевыя і радыяльныя градыенты тэмпературы спрыяюць хуткаму росту крышталяў SiC, захоўваючы пры гэтым стабільную якасць крышталяў. - Тэхналогія кантролю дыслакацыі базальнай плоскасці (БПД)
Дэфекты БПД у асноўным узнікаюць, калі напружанне зруху ў крышталі перавышае крытычнае напружанне зруху SiC, актывуючы сістэмы слізгання. Паколькі БПД перпендыкулярныя кірунку росту крышталя, яны ў асноўным утвараюцца падчас росту крышталя і астуджэння. - Тэхналогія рэгулявання суадносін складу паравой фазы
Павелічэнне суадносін вугляроду і крэмнію ў асяроддзі росту з'яўляецца эфектыўнай мерай для стабілізацыі росту монакрышталяў. Больш высокае суадносіны вугляроду і крэмнію памяншае буйную прыступкавую групіроўку, захоўвае інфармацыю аб росце паверхні затраўных крышталяў і падаўляе ўтварэнне політыпаў. - Тэхналогія кантролю нізкага стрэсу
Напружанне падчас росту крышталяў можа выклікаць выгіб крышталічных плоскасцяў, што прывядзе да пагаршэння якасці крышталяў або нават да іх расколін. Высокае напружанне таксама павялічвае дыслакацыі базальнай плоскасці, што можа негатыўна паўплываць на якасць эпітаксіяльнага пласта і прадукцыйнасць прылады.
6-цалевае выява сканавання пласціны SiC
Метады зніжэння напружання ў крышталях:
- Адрэгулюйце размеркаванне тэмпературнага поля і параметры працэсу, каб забяспечыць рост монакрышталяў SiC, блізкі да раўнавагі.
- Аптымізаваць структуру тыгля, каб забяспечыць свабодны рост крышталяў з мінімальнымі абмежаваннямі.
- Змяніце метады фіксацыі затраўкі, каб паменшыць разыходжанне ў цеплавым пашырэнні паміж затраўкай і графітавым трымальнікам. Распаўсюджаны падыход — пакідаць зазор 2 мм паміж затраўкай і графітавым трымальнікам.
- Паляпшэнне працэсаў адпалу шляхам укаранення адпалу ў печы in situ, карэкціроўкі тэмпературы і працягласці адпалу для поўнага зняцця ўнутранага напружання.
Будучыя тэндэнцыі ў тэхналогіі вырошчвання крышталяў карбіду крэмнію
У будучыні тэхналогія падрыхтоўкі высакаякасных монакрышталяў SiC будзе развівацца ў наступных напрамках:
- Маштабны рост
Дыяметр монакрышталяў карбіду крэмнію змяніўся ад некалькіх міліметраў да 6-цалевых, 8-цалевых і нават большых памераў — 12-цалевых. Крышталі SiC вялікага дыяметра павышаюць эфектыўнасць вытворчасці, зніжаюць выдаткі і адпавядаюць патрабаванням магутных прылад. - Высокаякасны рост
Высокаякасныя монакрышталі SiC неабходныя для высокапрадукцыйных прылад. Нягледзячы на значны прагрэс, такія дэфекты, як мікратрубкі, дыслакацыі і прымешкі, усё яшчэ існуюць, што ўплывае на прадукцыйнасць і надзейнасць прылад. - Зніжэнне выдаткаў
Высокі кошт атрымання крышталяў SiC абмяжоўвае іх прымяненне ў некаторых галінах. Аптымізацыя працэсаў вырошчвання, павышэнне эфектыўнасці вытворчасці і зніжэнне выдаткаў на сыравіну могуць дапамагчы знізіць вытворчыя выдаткі. - Інтэлектуальны рост
З развіццём штучнага інтэлекту і вялікіх дадзеных, тэхналогія вырошчвання крышталяў SiC будзе ўсё часцей выкарыстоўваць інтэлектуальныя рашэнні. Маніторынг і кіраванне ў рэжыме рэальнага часу з дапамогай датчыкаў і аўтаматызаваных сістэм павысяць стабільнасць і кіравальнасць працэсу. Акрамя таго, аналітыка вялікіх дадзеных можа аптымізаваць параметры росту, паляпшаючы якасць крышталяў і эфектыўнасць вытворчасці.
Тэхналогія падрыхтоўкі высакаякасных монакрышталяў карбіду крэмнію з'яўляецца ключавым напрамкам у даследаваннях паўправадніковых матэрыялаў. Па меры развіцця тэхналогій метады вырошчвання крышталяў SiC будуць працягваць развівацца, забяспечваючы трывалую аснову для прымянення ў галінах высокіх тэмператур, высокіх частот і высокіх магутнасцей.
Час публікацыі: 25 ліпеня 2025 г.