Bagaimana untuk mencapai pertumbuhan kristal yang berkualiti tinggi? - relau pertumbuhan kristal sic

1. Apakah prinsip asas relau pertumbuhan kristal silikon karbida?

Prinsip kerja relau pertumbuhan kristal karbida silikon adalah penyejatan fizikal (PVT). Kaedah PVT adalah salah satu kaedah yang paling berkesan untuk meningkatkan kristal tunggal SIC yang tinggi. Melalui kawalan tepat bidang terma, atmosfera dan parameter pertumbuhan, relau pertumbuhan kristal karbida silikon dapat beroperasi dengan stabil pada suhu tinggi untuk menyelesaikan sublimasi, transmisi fasa gas dan proses penghabluran pemeluwapanSerbuk sic.

1.1 Prinsip kerja relau pertumbuhan

● Kaedah PVT

Inti dari kaedah PVT adalah untuk menyemarakkan serbuk karbida silikon ke dalam komponen gas pada suhu tinggi, dan memadamkan kristal benih melalui penghantaran fasa gas untuk membentuk struktur kristal tunggal. Kaedah ini mempunyai kelebihan yang signifikan dalam menyediakan kristal bersaiz besar, besar.

● Proses asas pertumbuhan kristal

✔ Sublimation: Serbuk SIC dalam kritikal diselaraskan ke dalam komponen gas seperti Si, C2 dan SIC2 pada suhu tinggi di atas 2000 ℃.

✔ Pengangkutan: Di bawah tindakan kecerunan haba, komponen gas dihantar dari zon suhu tinggi (zon serbuk) ke zon suhu rendah (permukaan kristal benih).

✔ Penghabluran Kondensasi: Komponen yang tidak menentu mendakan pada permukaan kristal benih dan tumbuh di sepanjang arah kisi untuk membentuk satu kristal.

1.2 Prinsip pertumbuhan kristal tertentu

Proses pertumbuhan kristal karbida silikon dibahagikan kepada tiga peringkat, yang berkait rapat antara satu sama lain dan mempengaruhi kualiti akhir kristal.

✔ SIC Powder Sublimation: Di bawah keadaan suhu yang tinggi, SIC pepejal (silikon karbida) akan diselaraskan ke dalam silikon gas (SI) dan karbon gas (c), dan tindak balas adalah seperti berikut:

Sic (s) → Si (g) + c (g)

Dan tindak balas sekunder yang lebih kompleks untuk menghasilkan komponen gas yang tidak menentu (seperti SIC2). Suhu tinggi adalah syarat yang diperlukan untuk menggalakkan tindak balas sublimasi.

✔ Pengangkutan fasa gas: Komponen gas diangkut dari zon sublimasi yang boleh dibuang ke zon benih di bawah pemacu kecerunan suhu. Kestabilan aliran gas menentukan keseragaman pemendapan.

✔ Penghabluran Kondensasi: Pada suhu yang lebih rendah, komponen gas yang tidak menentu menggabungkan dengan permukaan kristal benih untuk membentuk kristal pepejal. Proses ini melibatkan mekanisme rumit termodinamik dan kristalografi.

1.3 Parameter utama untuk pertumbuhan kristal karbida silikon

Kristal SIC berkualiti tinggi memerlukan kawalan yang tepat terhadap parameter berikut:

✔ suhu: Zon sublimasi perlu disimpan di atas 2000 ℃ untuk memastikan penguraian lengkap serbuk. Suhu zon benih dikawal pada 1600-1800 ℃ untuk memastikan kadar pemendapan sederhana.

✔ Tekanan: Pertumbuhan PVT biasanya dijalankan dalam persekitaran tekanan rendah 10-20 Torr untuk mengekalkan kestabilan pengangkutan fasa gas. Tekanan tinggi atau terlalu rendah akan membawa kepada kadar pertumbuhan kristal yang terlalu cepat atau kecacatan yang meningkat.

✔ Atmosfer: Gunakan argon kemelut tinggi sebagai gas pembawa untuk mengelakkan pencemaran kekotoran semasa proses tindak balas. Kesucian atmosfera adalah penting untuk penindasan kecacatan kristal.

✔ Masa: Masa pertumbuhan kristal biasanya sehingga puluhan jam untuk mencapai pertumbuhan seragam dan ketebalan yang sesuai.

2. Apakah struktur relau pertumbuhan kristal silikon karbida?

Pengoptimuman struktur relau pertumbuhan kristal karbida silikon terutamanya memberi tumpuan kepada pemanasan suhu tinggi, kawalan atmosfera, reka bentuk medan suhu dan sistem pemantauan.

2.1 Komponen utama relau pertumbuhan

● Sistem pemanasan suhu tinggi

✔ Pemanasan rintangan: Gunakan wayar rintangan suhu tinggi (seperti molibdenum, tungsten) untuk secara langsung menyediakan tenaga haba. Kelebihannya adalah ketepatan kawalan suhu tinggi, tetapi kehidupannya terhad pada suhu tinggi.

✔ Pemanasan induksi: Pemanasan semasa eddy dihasilkan dalam krim melalui gegelung induksi. Ia mempunyai kelebihan kecekapan tinggi dan bukan hubungan, tetapi kos peralatannya agak tinggi.

● Stesen Benih Graphite Crucible dan Substrat

✔ Graphite Crucible Tinggi Kecaman Memastikan kestabilan suhu tinggi.

✔ Reka bentuk stesen benih mesti mengambil kira kedua -dua keseragaman aliran udara dan kekonduksian terma.

● Peranti kawalan atmosfera

✔ Dilengkapi dengan sistem penyampaian gas kesucian tinggi dan injap mengawal tekanan untuk memastikan kesucian dan kestabilan persekitaran tindak balas.

● Reka bentuk keseragaman medan suhu

✔ Dengan mengoptimumkan ketebalan dinding yang crucible, pengedaran elemen pemanasan dan struktur perisai haba, taburan seragam medan suhu dicapai, mengurangkan kesan tekanan haba pada kristal.

2.2 Bidang Suhu dan Reka Bentuk Kecerunan Termal

✔ Kepentingan keseragaman medan suhu: Bidang suhu yang tidak rata akan membawa kepada kadar pertumbuhan dan kecacatan tempatan yang berbeza di dalam kristal. Keseragaman medan suhu boleh diperbaiki dengan banyak reka bentuk simetri anulus dan pengoptimuman perisai haba.

✔ Kawalan yang tepat terhadap kecerunan terma: Laraskan pengagihan kuasa pemanas dan gunakan perisai haba untuk memisahkan kawasan yang berbeza untuk mengurangkan perbezaan suhu. Kerana kecerunan haba mempunyai kesan langsung terhadap ketebalan kristal dan kualiti permukaan.

2.3 Sistem Pemantauan untuk Proses Pertumbuhan Kristal

✔ Pemantauan suhu: Gunakan sensor suhu gentian optik untuk memantau suhu masa nyata zon sublimasi dan zon benih. Sistem maklum balas data secara automatik boleh menyesuaikan kuasa pemanasan secara automatik.

✔ Pemantauan kadar pertumbuhan: Gunakan interferometri laser untuk mengukur kadar pertumbuhan permukaan kristal. Menggabungkan data pemantauan dengan algoritma pemodelan untuk mengoptimumkan proses secara dinamik.

3. Apakah kesukaran teknikal silikon silikon karbida pertumbuhan kristal?

Kesesakan teknikal relau pertumbuhan kristal silikon karbida terutamanya tertumpu pada bahan suhu tinggi, kawalan medan suhu, penindasan kecacatan dan pengembangan saiz.

3.1 Pemilihan dan cabaran bahan suhu tinggi

Grafitmudah dioksidakan pada suhu yang sangat tinggi, danSalutan sicperlu ditambah untuk meningkatkan rintangan pengoksidaan. Kualiti salutan secara langsung mempengaruhi kehidupan relau.

Kehidupan elemen pemanasan dan had suhu. Kabel rintangan suhu tinggi perlu mempunyai rintangan keletihan yang tinggi. Peralatan pemanasan induksi perlu mengoptimumkan reka bentuk pelesapan haba gegelung.

3.2 Kawalan tepat suhu dan medan terma

Pengaruh medan terma yang tidak seragam akan membawa kepada peningkatan kesalahan dan dislokasi. Model simulasi medan haba relau perlu dioptimumkan untuk mengesan masalah terlebih dahulu.

Kebolehpercayaan peralatan pemantauan suhu tinggi. Sensor suhu tinggi perlu tahan terhadap radiasi dan kejutan terma.

3.3 Kawalan kecacatan kristal

Menyusun kesalahan, dislokasi dan hibrid polimorfik adalah jenis kecacatan utama. Mengoptimumkan medan terma dan atmosfera membantu mengurangkan ketumpatan kecacatan.

Kawalan sumber kekotoran. Penggunaan bahan-bahan kemelut tinggi dan pengedap relau adalah penting untuk penindasan kekotoran.

3.4 Cabaran pertumbuhan kristal bersaiz besar

Keperluan keseragaman medan haba untuk pengembangan saiz. Apabila saiz kristal diperluas dari 4 inci hingga 8 inci, reka bentuk keseragaman medan suhu perlu ditingkatkan sepenuhnya.

Penyelesaian untuk memecahkan dan melengkapkan masalah. Kurangkan ubah bentuk kristal dengan mengurangkan kecerunan tekanan haba.

4. Apakah bahan mentah untuk meningkatkan kristal SIC berkualiti tinggi?

Vetek Semiconductor telah membangunkan bahan mentah kristal tunggal SIC baru -Bahan mentah CVD sic tinggi. Produk ini mengisi jurang domestik dan juga di peringkat utama di seluruh dunia, dan akan berada dalam kedudukan utama jangka panjang dalam pertandingan. Bahan mentah karbida silikon tradisional dihasilkan oleh tindak balas silikon dan grafit yang tinggi, yang tinggi kos, rendah dalam kesucian dan saiz kecil.

Teknologi katil fluided Vetek Semiconductor menggunakan methyltrichlorosilane untuk menghasilkan bahan mentah karbida silikon melalui pemendapan wap kimia, dan produk sampingan utama adalah asid hidroklorik. Asid hidroklorik boleh membentuk garam dengan meneutralkan dengan alkali, dan tidak akan menyebabkan pencemaran terhadap alam sekitar. 

Pada masa yang sama, methyltrichlorosilane adalah gas perindustrian yang digunakan secara meluas dengan kos rendah dan sumber yang luas, terutama China adalah pengeluar utama methyltrichlorosilane. Oleh itu, kesucian tinggi vetek semikonduktorBahan mentah cvd sicmempunyai daya saing terkemuka antarabangsa dari segi kos dan kualiti. Kesucian bahan mentah CVD sic tinggi lebih tinggi daripada 99.9995%.

✔ saiz besar dan ketumpatan tinggi: Saiz zarah purata adalah kira-kira 4-10mm, dan saiz zarah bahan mentah acheson domestik adalah <2.5mm. Jumlah yang sama yang boleh dipertahankan boleh memegang lebih daripada 1.5kg bahan mentah, yang kondusif untuk menyelesaikan masalah bekalan bahan pertumbuhan kristal yang tidak mencukupi, mengurangkan grafitisasi bahan mentah, mengurangkan pembungkus karbon dan meningkatkan kualiti kristal.

✔ nisbah Si/C Rendah: Ia lebih dekat dengan 1: 1 daripada bahan mentah acheson kaedah penyebaran diri, yang dapat mengurangkan kecacatan yang disebabkan oleh peningkatan tekanan separa Si.

✔ Nilai output yang tinggi: Bahan mentah yang ditanam masih mengekalkan prototaip, mengurangkan penghabluran semula, mengurangkan grafitisasi bahan mentah, mengurangkan kecacatan pembungkus karbon, dan meningkatkan kualiti kristal.

✔ kesucian yang lebih tinggi: Kesucian bahan mentah yang dihasilkan oleh kaedah CVD adalah lebih tinggi daripada bahan mentah acheson kaedah penyebaran diri. Kandungan nitrogen telah mencapai 0.09ppm tanpa pembersihan tambahan. Bahan mentah ini juga boleh memainkan peranan penting dalam bidang separa penebat.

✔ Kos yang lebih rendah: Kadar penyejatan seragam memudahkan proses dan kawalan kualiti produk, sambil meningkatkan kadar penggunaan bahan mentah (kadar penggunaan> 50%, 4.5kg bahan mentah menghasilkan jongkong 3.5kg), mengurangkan kos.

✔ Kadar kesilapan manusia yang rendah: Pemendapan wap kimia mengelakkan kekotoran yang diperkenalkan oleh operasi manusia.