მაღალი ხარისხის სილიციუმის კარბიდის მონოკრისტალის მომზადების ძირითადი მოსაზრებები

სილიციუმის მონოკრისტალის მომზადების ძირითადი მეთოდებია: ფიზიკური ორთქლის ტრანსპორტირება (PVT), ზემოდან დათესილი ხსნარის ზრდა (TSSG) და მაღალტემპერატურულ ქიმიურ ორთქლის დალექვა (HT-CVD). ამ მეთოდებს შორის, PVT მეთოდი ფართოდ გამოიყენება სამრეწველო წარმოებაში მისი მარტივი აღჭურვილობის, მართვის სიმარტივის, აღჭურვილობისა და ექსპლუატაციის დაბალი ხარჯების გამო.

სილიციუმის კარბიდის კრისტალების PVT ზრდის ძირითადი ტექნიკური პუნქტები

სილიციუმის კარბიდის კრისტალების ფიზიკური ორთქლის ტრანსპორტირების (PVT) მეთოდით გაზრდისას, გასათვალისწინებელია შემდეგი ტექნიკური ასპექტები:

1. გრაფიტის მასალების სისუფთავე ზრდის კამერაში: გრაფიტის კომპონენტებში მინარევების შემცველობა უნდა იყოს 5×10⁻⁶-ზე ნაკლები, ხოლო საიზოლაციო ფეტრაში მინარევების შემცველობა - 10×10⁻⁶-ზე ნაკლები. ისეთი ელემენტების სისუფთავე, როგორიცაა B და Al, უნდა იყოს 0.1×10⁻⁶-ზე ნაკლები.
2. კრისტალის პოლარობის სწორი შერჩევა: ემპირიული კვლევები აჩვენებს, რომ C (0001) ზედაპირი შესაფერისია 4H-SiC კრისტალების გასაზრდელად, ხოლო Si (0001) ზედაპირი გამოიყენება 6H-SiC კრისტალების გასაზრდელად.
3. ღერძგარეშე თესლის კრისტალების გამოყენება: ღერძგარეშე თესლის კრისტალებს შეუძლიათ შეცვალონ კრისტალის ზრდის სიმეტრია, რაც ამცირებს კრისტალში დეფექტებს.
4. მაღალი ხარისხის თესლის კრისტალების შეკავშირების პროცესი.
5. კრისტალის ზრდის ინტერფეისის სტაბილურობის შენარჩუნება ზრდის ციკლის განმავლობაში.

სილიციუმის კარბიდის კრისტალების ზრდის ძირითადი ტექნოლოგიები

1. სილიციუმის კარბიდის ფხვნილის დოპინგის ტექნოლოგია
   სილიციუმის კარბიდის ფხვნილის Ce-ის შესაბამისი რაოდენობით დოპინგს შეუძლია 4H-SiC მონოკრისტალების ზრდის სტაბილიზაცია. პრაქტიკული შედეგები აჩვენებს, რომ Ce-ის დოპინგს შეუძლია:

• სილიციუმის კარბიდის კრისტალების ზრდის ტემპის გაზრდა.
• აკონტროლეთ კრისტალების ზრდის ორიენტაცია, რათა ის უფრო ერთგვაროვანი და რეგულარული გახდეს.
• თრგუნავს მინარევების წარმოქმნას, ამცირებს დეფექტებს და ხელს უწყობს ერთკრისტალური და მაღალი ხარისხის კრისტალების წარმოებას.
• აფერხებს კრისტალის უკუკოროზიას და აუმჯობესებს მონოკრისტალის გამოსავლიანობას.

• ღერძული და რადიალური ტემპერატურის გრადიენტის კონტროლის ტექნოლოგია
  ღერძული ტემპერატურის გრადიენტი ძირითადად გავლენას ახდენს კრისტალების ზრდის ტიპსა და ეფექტურობაზე. ზედმეტად მცირე ტემპერატურის გრადიენტმა შეიძლება გამოიწვიოს პოლიკრისტალური წარმოქმნა და შეამციროს ზრდის ტემპი. სათანადო ღერძული და რადიალური ტემპერატურის გრადიენტები ხელს უწყობს SiC კრისტალების სწრაფ ზრდას, ამავდროულად ინარჩუნებს კრისტალის სტაბილურ ხარისხს.
• ბაზალური სიბრტყის დისლოკაციის (BPD) კონტროლის ტექნოლოგია
  BPD დეფექტები ძირითადად წარმოიქმნება მაშინ, როდესაც კრისტალში ძვრის სტრესი აღემატება SiC-ის კრიტიკულ ძვრის სტრესს, რაც ააქტიურებს სრიალის სისტემებს. რადგან BPD-ები პერპენდიკულარულია კრისტალის ზრდის მიმართულების მიმართ, ისინი ძირითადად კრისტალის ზრდისა და გაგრილების დროს წარმოიქმნება.
• ორთქლის ფაზის შემადგენლობის თანაფარდობის რეგულირების ტექნოლოგია
  ზრდის გარემოში ნახშირბად-სილიციუმის თანაფარდობის გაზრდა ერთკრისტალის ზრდის სტაბილიზაციის ეფექტური ღონისძიებაა. ნახშირბად-სილიციუმის უფრო მაღალი თანაფარდობა ამცირებს დიდი საფეხურების შეკვრას, ინარჩუნებს მარცვლოვანი კრისტალის ზედაპირის ზრდის ინფორმაციას და თრგუნავს პოლიტიპის ფორმირებას.
• დაბალი სტრესის კონტროლის ტექნოლოგია
  კრისტალის ზრდის დროს სტრესმა შეიძლება გამოიწვიოს კრისტალის სიბრტყეების მოხრა, რაც იწვევს კრისტალის ხარისხის გაუარესებას ან თუნდაც ბზარების გაჩენას. მაღალი სტრესმა ასევე შეიძლება გამოიწვიოს ბაზალური სიბრტყის დისლოკაციები, რამაც შეიძლება უარყოფითად იმოქმედოს ეპიტაქსიური ფენის ხარისხზე და მოწყობილობის მუშაობაზე.

6 დიუმიანი SiC ვაფლის სკანირების სურათი

კრისტალებში სტრესის შემცირების მეთოდები:

• ტემპერატურული ველის განაწილებისა და პროცესის პარამეტრების კორექტირება SiC მონოკრისტალების თითქმის წონასწორული ზრდის უზრუნველსაყოფად.
• ტიგლუტენის სტრუქტურის ოპტიმიზაცია ისე, რომ კრისტალების თავისუფალი ზრდა მინიმალური შეზღუდვებით იყოს შესაძლებელი.
• თესლის კრისტალსა და გრაფიტის დამჭერს შორის თერმული გაფართოების შეუსაბამობის შესამცირებლად, შეცვალეთ თესლის კრისტალის ფიქსაციის ტექნიკა. გავრცელებული მიდგომაა თესლის კრისტალსა და გრაფიტის დამჭერს შორის 2 მმ-იანი უფსკრულის დატოვება.
• გაცხელების პროცესების გაუმჯობესება ღუმელში ადგილზე გაცხელების განხორციელებით, გაცხელების ტემპერატურისა და ხანგრძლივობის რეგულირებით შიდა სტრესის სრულად მოსახსნელად.

სილიციუმის კარბიდის კრისტალების ზრდის ტექნოლოგიის მომავალი ტენდენციები

მომავალში, მაღალი ხარისხის SiC მონოკრისტალების მომზადების ტექნოლოგია განვითარდება შემდეგი მიმართულებით:

1. მასშტაბური ზრდა
   სილიციუმის კარბიდის მონოკრისტალების დიამეტრი რამდენიმე მილიმეტრიდან 6, 8 და კიდევ უფრო დიდ, 12 ინჩამდე განვითარდა. დიდი დიამეტრის SiC კრისტალები აუმჯობესებს წარმოების ეფექტურობას, ამცირებს ხარჯებს და აკმაყოფილებს მაღალი სიმძლავრის მოწყობილობების მოთხოვნებს.
2. მაღალი ხარისხის ზრდა
   მაღალი ხარისხის SiC მონოკრისტალები აუცილებელია მაღალი ხარისხის მოწყობილობებისთვის. მიუხედავად მნიშვნელოვანი პროგრესისა, კვლავ არსებობს დეფექტები, როგორიცაა მიკრომილები, დისლოკაციები და მინარევები, რაც გავლენას ახდენს მოწყობილობის მუშაობასა და საიმედოობაზე.
3. ხარჯების შემცირება
   SiC კრისტალების მომზადების მაღალი ღირებულება ზღუდავს მის გამოყენებას გარკვეულ სფეროებში. ზრდის პროცესების ოპტიმიზაცია, წარმოების ეფექტურობის გაუმჯობესება და ნედლეულის ღირებულების შემცირება ხელს შეუწყობს წარმოების ხარჯების შემცირებას.
4. ინტელექტუალური ზრდა
   ხელოვნური ინტელექტისა და დიდი მონაცემების განვითარების კვალდაკვალ, SiC კრისტალების ზრდის ტექნოლოგია სულ უფრო მეტად გამოიყენებს ინტელექტუალურ გადაწყვეტილებებს. სენსორებისა და ავტომატიზირებული სისტემების გამოყენებით რეალურ დროში მონიტორინგი და კონტროლი გააუმჯობესებს პროცესის სტაბილურობას და მართვადობას. გარდა ამისა, დიდი მონაცემების ანალიტიკას შეუძლია ზრდის პარამეტრების ოპტიმიზაცია, კრისტალების ხარისხისა და წარმოების ეფექტურობის გაუმჯობესება.

ნახევარგამტარული მასალების კვლევის ძირითად აქცენტს მაღალი ხარისხის სილიციუმის კარბიდის მონოკრისტალების მომზადების ტექნოლოგია წარმოადგენს. ტექნოლოგიის განვითარებასთან ერთად, SiC კრისტალების ზრდის ტექნიკა გააგრძელებს განვითარებას, რაც მყარ საფუძველს შექმნის მაღალი ტემპერატურის, მაღალი სიხშირის და მაღალი სიმძლავრის ველებში გამოყენებისთვის.