Основните методи за получаване на силициеви монокристали включват: Физическо транспортиране на пари (PVT), растеж с горни засети частици в разтвор (TSSG) и високотемпературно химическо отлагане от пари (HT-CVD). Сред тях, PVT методът е широко възприет в промишленото производство поради простото си оборудване, лекотата на контрол и ниските разходи за оборудване и експлоатация.
Ключови технически моменти за PVT растеж на кристали от силициев карбид
При отглеждане на кристали от силициев карбид, използвайки метода на физически парообразен транспорт (PVT), трябва да се вземат предвид следните технически аспекти:
- Чистота на графитните материали в растежната камера: Съдържанието на примеси в графитните компоненти трябва да бъде под 5×10⁻⁶, докато съдържанието на примеси в изолационния филц трябва да бъде под 10×10⁻⁶. Елементи като B и Al трябва да се поддържат под 0,1×10⁻⁶.
- Правилен избор на полярност на зародишния кристал: Емпиричните изследвания показват, че повърхността C (0001) е подходяща за отглеждане на 4H-SiC кристали, докато повърхността Si (0001) се използва за отглеждане на 6H-SiC кристали.
- Използване на извъносни зародишни кристали: Извъносните зародишни кристали могат да променят симетрията на растежа на кристалите, намалявайки дефектите в кристала.
- Висококачествен процес на свързване на зародишни кристали.
- Поддържане на стабилност на кристалния растежен интерфейс по време на цикъла на растеж.
Ключови технологии за растеж на кристали от силициев карбид
- Технология за допиране на силициев карбид на прах
Легирането на силициев карбидния прах с подходящо количество Ce може да стабилизира растежа на 4H-SiC монокристали. Практическите резултати показват, че легирането с Ce може:
- Увеличете скоростта на растеж на кристалите силициев карбид.
- Контролирайте ориентацията на растежа на кристалите, правейки го по-равномерен и правилен.
- Потиска образуването на примеси, намалява дефектите и улеснява производството на монокристални и висококачествени кристали.
- Инхибира задната корозия на кристала и подобрява добива на монокристали.
- Технология за контрол на аксиалния и радиалния температурен градиент
Аксиалният температурен градиент влияе предимно върху вида и ефективността на растежа на кристалите. Прекалено малкият температурен градиент може да доведе до образуване на поликристали и да намали скоростта на растеж. Правилните аксиални и радиални температурни градиенти улесняват бързия растеж на SiC кристали, като същевременно поддържат стабилно качество на кристалите. - Технология за контрол на дислокацията на базалната равнина (BPD)
Дефектите на BPD възникват главно, когато напрежението на срязване в кристала надвиши критичното напрежение на срязване на SiC, активирайки системи за плъзгане. Тъй като BPD са перпендикулярни на посоката на растеж на кристала, те се образуват предимно по време на растежа и охлаждането на кристала. - Технология за регулиране на съотношението на състава на парната фаза
Увеличаването на съотношението въглерод-силиций в растежната среда е ефективна мярка за стабилизиране на растежа на монокристалите. По-високото съотношение въглерод-силиций намалява големите стъпаловидни групи, запазва информацията за растежа на повърхността на зародишните кристали и потиска образуването на политипове. - Технология за контрол на ниското напрежение
Напрежението по време на растежа на кристала може да причини огъване на кристалните равнини, което води до лошо качество на кристала или дори до напукване. Високото напрежение също така увеличава дислокациите в базалната равнина, което може да повлияе неблагоприятно на качеството на епитаксиалния слой и производителността на устройството.
6-инчово изображение от сканиране на SiC пластина
Методи за намаляване на напрежението в кристалите:
- Регулирайте разпределението на температурното поле и параметрите на процеса, за да се осигури почти равновесен растеж на монокристали SiC.
- Оптимизирайте структурата на тигела, за да позволите свободен растеж на кристалите с минимални ограничения.
- Модифицирайте техниките за фиксиране на зародишните кристали, за да намалите несъответствието в термичното разширение между зародишния кристал и графитния държач. Често срещан подход е да се остави разстояние от 2 мм между зародишния кристал и графитния държач.
- Подобрете процесите на отгряване чрез прилагане на отгряване в пещ на място, като регулирате температурата и продължителността на отгряване, за да освободите напълно вътрешното напрежение.
Бъдещи тенденции в технологията за растеж на кристали от силициев карбид
В бъдеще технологията за получаване на висококачествени монокристали SiC ще се развива в следните насоки:
- Мащабен растеж
Диаметърът на монокристалите от силициев карбид се е развил от няколко милиметра до размери от 6 инча, 8 инча и дори по-големи 12 инча. Кристалите SiC с голям диаметър подобряват ефективността на производството, намаляват разходите и отговарят на изискванията на устройства с висока мощност. - Висококачествен растеж
Висококачествените монокристали SiC са от съществено значение за високопроизводителните устройства. Въпреки значителен напредък, все още съществуват дефекти като микротръбички, дислокации и примеси, които влияят върху производителността и надеждността на устройството. - Намаляване на разходите
Високата цена на получаването на кристали SiC ограничава приложението им в определени области. Оптимизирането на процесите на растеж, подобряването на ефективността на производството и намаляването на разходите за суровини могат да помогнат за намаляване на производствените разходи. - Интелигентен растеж
С напредъка в изкуствения интелект и големите данни, технологията за растеж на SiC кристали все повече ще приема интелигентни решения. Мониторингът и контролът в реално време с помощта на сензори и автоматизирани системи ще подобрят стабилността и управляемостта на процеса. Освен това, анализът на големи данни може да оптимизира параметрите на растеж, подобрявайки качеството на кристалите и ефективността на производството.
Технологията за получаване на висококачествени монокристали от силициев карбид е ключов фокус в изследванията на полупроводникови материали. С напредването на технологиите, техниките за растеж на SiC кристали ще продължат да се развиват, осигурявайки солидна основа за приложения във високотемпературни, високочестотни и високоенергийни области.
Време на публикуване: 25 юли 2025 г.