Cabaran relau pertumbuhan kristal karbida silikon

Therelau pertumbuhan kristaladalah peralatan teras untuk tumbuh kristal karbida silikon, berkongsi persamaan dengan relau pertumbuhan kristal silikon tradisional. Struktur relau tidak terlalu kompleks, terutamanya yang terdiri daripada badan relau, sistem pemanasan, mekanisme pemacu gegelung, sistem pengambilalihan dan pengukuran vakum, sistem bekalan gas, sistem penyejukan, dan sistem kawalan. Bidang terma dan keadaan proses dalam relau menentukan parameter kritikal seperti kualiti, saiz, dan kekonduksian elektrik kristal karbida silikon.

Di satu pihak, suhu semasa pertumbuhan kristal karbida silikon sangat tinggi dan tidak dapat dipantau secara real-time, jadi cabaran utama terletak pada proses itu sendiri.Cabaran utama adalah seperti berikut:

(1) Kesukaran dalam kawalan medan terma: Pemantauan dalam ruang suhu tinggi tertutup adalah mencabar dan tidak terkawal. Tidak seperti peralatan pertumbuhan kristal langsung berasaskan silikon berasaskan silikon tradisional, yang mempunyai tahap automasi yang tinggi dan membolehkan proses pertumbuhan yang boleh diperhatikan dan laras, kristal karbida silikon tumbuh dalam persekitaran suhu tinggi yang tertutup melebihi 2,000 ° C, dan kawalan suhu yang tepat diperlukan semasa pengeluaran, menjadikan kawalan suhu sangat mencabar;

(2) Cabaran Kawalan Struktur Kristal: Proses pertumbuhan terdedah kepada kecacatan seperti mikrotube, kemasukan polimorfik, dan dislokasi, yang berinteraksi dan berkembang dengan satu sama lain.

Microtubes (MP) adalah kecacatan melalui jenis yang berkisar dari beberapa mikrometer hingga puluhan mikrometer, dan dianggap kecacatan pembunuh untuk peranti; Kristal tunggal karbida silikon termasuk lebih daripada 200 struktur kristal yang berbeza, tetapi hanya beberapa struktur kristal (jenis 4H) sesuai sebagai bahan semikonduktor untuk pengeluaran. Transformasi struktur kristal semasa pertumbuhan boleh mengakibatkan kecacatan kekotoran polimorfik, sehingga kawalan yang tepat terhadap nisbah silikon-ke-karbon, kecerunan suhu pertumbuhan, kadar pertumbuhan kristal, dan parameter aliran/tekanan gas diperlukan;

Di samping itu, kecerunan suhu di medan terma semasa pertumbuhan kristal tunggal karbida silikon menghasilkan tekanan dalaman utama dan kecacatan yang disebabkan oleh dislokasi (dislokasi pesawat basal BPD, dislocations twist TSD, dan dislokasi kelebihan TED), yang mempengaruhi kualiti dan prestasi lapisan epitaxial berikutnya dan peranti.

(3) Kesukaran dalam kawalan doping: Kekotoran luaran mesti dikawal ketat untuk mendapatkan kristal konduktif doped secara beransur -ansur;

(4) kadar pertumbuhan perlahan: Kadar pertumbuhan kristal karbida silikon sangat perlahan. Walaupun bahan silikon tradisional boleh membentuk batang kristal dalam masa 3 hari, batang kristal karbida silikon memerlukan 7 hari, mengakibatkan kecekapan pengeluaran yang lebih rendah dan output yang sangat terhad.

Sebaliknya, parameter untukPertumbuhan epitaxial silikon karbidasangat ketat, termasuk prestasi pengedap peralatan, kestabilan tekanan ruang tindak balas, kawalan tepat masa pengenalan gas, nisbah gas yang tepat, dan pengurusan yang ketat suhu pemendapan. Terutamanya apabila penilaian voltan peranti meningkat, kesukaran mengawal parameter wafer epitaxial teras meningkat dengan ketara. Di samping itu, kerana ketebalan lapisan epitaxial meningkat, memastikan ketahanan seragam sambil mengekalkan ketebalan dan mengurangkan ketumpatan kecacatan telah menjadi satu lagi cabaran utama.

Dalam sistem kawalan elektrik, integrasi ketepatan tinggi sensor dan penggerak diperlukan untuk memastikan semua parameter dikawal secara tepat dan tegas. Pengoptimuman algoritma kawalan juga kritikal, kerana ia mesti dapat menyesuaikan strategi kawalan dalam masa nyata berdasarkan isyarat maklum balas untuk menyesuaikan diri dengan pelbagai perubahan semasa proses pertumbuhan epitaxial silikon karbida.

Cabaran utama dalam pembuatan substrat SIC:

Dari sisi bekalan, untukRelau pertumbuhan kristal sic, disebabkan oleh faktor -faktor seperti kitaran pensijilan peralatan yang panjang, kos yang tinggi yang berkaitan dengan pembekal beralih, dan risiko kestabilan, pembekal domestik masih belum membekalkan peralatan ke pengeluar arus perdana antarabangsa. Antaranya, pengeluar karbida silikon terkemuka antarabangsa seperti Wolfspeed, Coherent, dan ROHM terutamanya menggunakan peralatan pertumbuhan kristal yang dibangunkan dan dihasilkan di dalam rumah, manakala pengeluar substrat silikon arus perdana antarabangsa yang lain terutamanya membeli peralatan pertumbuhan kristal dari PVA Jerman Tepla dan Jepun Nissin Kikai.