სილიციუმის კარბიდის მონოკრისტალების მოყვანის ძირითადი მეთოდებია ფიზიკური ორთქლის ტრანსპორტირება (PVT), ზემოდან დათესილი ხსნარის ზრდა (TSSG) და მაღალტემპერატურულ ქიმიურ ორთქლის დალექვა (HT-CVD).

მათ შორის, PVT მეთოდი სამრეწველო წარმოების ძირითად ტექნიკად იქცა მისი შედარებით მარტივი აღჭურვილობის დაყენების, ექსპლუატაციისა და კონტროლის სიმარტივის, ასევე აღჭურვილობისა და ექსპლუატაციის დაბალი ხარჯების გამო.

---

SiC კრისტალის PVT მეთოდის გამოყენებით ზრდის ძირითადი ტექნიკური პუნქტები

სილიციუმის კარბიდის კრისტალების PVT მეთოდით გასაზრდელად, საჭიროა რამდენიმე ტექნიკური ასპექტის ფრთხილად კონტროლი:

1. გრაფიტის მასალების სისუფთავე თერმულ ველში
   კრისტალების ზრდის თერმულ ველში გამოყენებული გრაფიტის მასალები უნდა აკმაყოფილებდეს სისუფთავის მკაცრ მოთხოვნებს. გრაფიტის კომპონენტებში მინარევების შემცველობა უნდა იყოს 5×10⁻⁶-ზე ნაკლები, ხოლო საიზოლაციო ფეტრისთვის - 10×10⁻⁶-ზე ნაკლები. კერძოდ, ბორის (B) და ალუმინის (Al) შემცველობა თითოეული უნდა იყოს 0.1×10⁻⁶-ზე ნაკლები.

2. თესლის კრისტალის სწორი პოლარობა
   ემპირიული მონაცემები აჩვენებს, რომ C-სახე (0001) შესაფერისია 4H-SiC კრისტალების გასაზრდელად, ხოლო Si-სახე (0001) - 6H-SiC კრისტალების გასაზრდელად.

3. ღერძგარეშე თესლის კრისტალების გამოყენება
   ღერძის გარეშე მდებარე თესლს შეუძლია შეცვალოს ზრდის სიმეტრია, შეამციროს კრისტალების დეფექტები და ხელი შეუწყოს კრისტალების ხარისხის გაუმჯობესებას.

4. საიმედო თესლის კრისტალების შეერთების ტექნიკა
   თესლის კრისტალსა და დამჭერს შორის სათანადო შეკავშირება აუცილებელია ზრდის დროს სტაბილურობისთვის.

5. ზრდის ინტერფეისის სტაბილურობის შენარჩუნება
   მთელი კრისტალის ზრდის ციკლის განმავლობაში, მაღალი ხარისხის კრისტალის განვითარების უზრუნველსაყოფად, ზრდის ინტერფეისი სტაბილური უნდა დარჩეს.

 

---

SiC კრისტალების ზრდის ძირითადი ტექნოლოგიები

1. SiC ფხვნილის დოპინგის ტექნოლოგია

SiC ფხვნილის ცერიუმით (Ce) დოპირებას შეუძლია ერთი პოლიტიპის, მაგალითად 4H-SiC-ის, ზრდის სტაბილიზაცია. პრაქტიკამ აჩვენა, რომ Ce-ის დოპირებას შეუძლია:

• SiC კრისტალების ზრდის ტემპის გაზრდა;

• გააუმჯობესეთ კრისტალების ორიენტაცია უფრო ერთგვაროვანი და მიმართულებითი ზრდისთვის;

• შეამციროს მინარევები და დეფექტები;

• კრისტალის უკანა კოროზიის ჩახშობა;

• გაზარდეთ მონოკრისტალის გამოსავლიანობის მაჩვენებელი.

2. ღერძული და რადიალური თერმული გრადიენტების კონტროლი

ღერძული ტემპერატურის გრადიენტები გავლენას ახდენს კრისტალის პოლიტიპსა და ზრდის ტემპზე. ძალიან მცირე გრადიენტმა შეიძლება გამოიწვიოს პოლიტიპის ჩანართები და შეამციროს მასალის ტრანსპორტირება ორთქლის ფაზაში. როგორც ღერძული, ასევე რადიალური გრადიენტების ოპტიმიზაცია კრიტიკულად მნიშვნელოვანია კრისტალის სწრაფი და სტაბილური ზრდისთვის თანმიმდევრული ხარისხით.

3. ბაზალური სიბრტყის დისლოკაციის (BPD) კონტროლის ტექნოლოგია

BPD-ები ძირითადად SiC კრისტალებში კრიტიკულ ზღვარს გადაჭარბებული ძვრის სტრესის გამო წარმოიქმნება, რაც ააქტიურებს სრიალის სისტემებს. რადგან BPD-ები ზრდის მიმართულების პერპენდიკულარულია, ისინი, როგორც წესი, კრისტალის ზრდისა და გაგრილების დროს წარმოიქმნება. შინაგანი სტრესის მინიმიზაციამ შეიძლება მნიშვნელოვნად შეამციროს BPD სიმკვრივე.

4. ორთქლის ფაზის შემადგენლობის თანაფარდობის კონტროლი

ორთქლის ფაზაში ნახშირბად-სილიციუმის თანაფარდობის გაზრდა ერთპოლიტიპის ზრდის ხელშეწყობის დადასტურებული მეთოდია. მაღალი C/Si თანაფარდობა ამცირებს მაკროსტაპურ შეკვრას და ინარჩუნებს ზედაპირის მემკვიდრეობას საწყისი ბროლისგან, რითაც თრგუნავს არასასურველი პოლიტიპების წარმოქმნას.

5. დაბალი სტრესის მქონე ზრდის ტექნიკები

კრისტალის ზრდის დროს სტრესმა შეიძლება გამოიწვიოს გამრუდებული ბადისებრი სიბრტყეები, ბზარები და BPD-ის მაღალი სიმკვრივე. ეს დეფექტები შეიძლება გადავიდეს ეპიტაქსიურ ფენებზე და უარყოფითად იმოქმედოს მოწყობილობის მუშაობაზე.

შიდა კრისტალური სტრესის შესამცირებლად რამდენიმე სტრატეგია მოიცავს:

• თერმული ველის განაწილებისა და პროცესის პარამეტრების კორექტირება თითქმის წონასწორული ზრდის ხელშესაწყობად;

• ტიგლუზის დიზაინის ოპტიმიზაცია, რათა კრისტალს თავისუფლად გაიზარდოს მექანიკური შეზღუდვის გარეშე;

• გაცხელების დროს თესლსა და გრაფიტს შორის თერმული გაფართოების შეუსაბამობის შესამცირებლად, თესლის დამჭერის კონფიგურაციის გაუმჯობესება, ხშირად თესლსა და დამჭერს შორის 2 მმ-იანი უფსკრულის დატოვებით;

• გამოწვის პროცესების დახვეწა, კრისტალის ღუმელთან ერთად გაგრილებისთვის და ტემპერატურისა და ხანგრძლივობის რეგულირება შიდა სტრესის სრულად მოსახსნელად.

---

SiC კრისტალების ზრდის ტექნოლოგიის ტენდენციები

1. უფრო დიდი კრისტალების ზომები
SiC მონოკრისტალის დიამეტრი რამდენიმე მილიმეტრიდან 6, 8 და 12 დიუმიან ვაფლებამდეც კი გაიზარდა. უფრო დიდი ვაფლები ზრდის წარმოების ეფექტურობას და ამცირებს ხარჯებს, ამავდროულად აკმაყოფილებს მაღალი სიმძლავრის მოწყობილობების მოთხოვნებს.

2. უფრო მაღალი ხარისხის კრისტალები
მაღალი ხარისხის SiC კრისტალები აუცილებელია მაღალი ხარისხის მოწყობილობებისთვის. მნიშვნელოვანი გაუმჯობესებების მიუხედავად, ამჟამინდელ კრისტალებს კვლავ აღენიშნებათ დეფექტები, როგორიცაა მიკრომილები, დისლოკაციები და მინარევები, რამაც შეიძლება შეამციროს მოწყობილობის მუშაობა და საიმედოობა.

3. ხარჯების შემცირება
SiC კრისტალების წარმოება კვლავ შედარებით ძვირია, რაც ზღუდავს ფართო გამოყენებას. ხარჯების შემცირება ოპტიმიზებული ზრდის პროცესების, წარმოების ეფექტურობის გაზრდისა და ნედლეულის დაბალი ღირებულების გზით გადამწყვეტი მნიშვნელობისაა ბაზრის გამოყენების გაფართოებისთვის.

4. ინტელექტუალური წარმოება
ხელოვნური ინტელექტისა და დიდი მონაცემების ტექნოლოგიების განვითარებასთან ერთად, SiC კრისტალების ზრდა ინტელექტუალური, ავტომატიზირებული პროცესებისკენ გადაინაცვლებს. სენსორებსა და მართვის სისტემებს შეუძლიათ ზრდის პირობების მონიტორინგი და რეგულირება რეალურ დროში, რაც აუმჯობესებს პროცესის სტაბილურობას და პროგნოზირებადობას. მონაცემთა ანალიტიკას შეუძლია პროცესის პარამეტრებისა და კრისტალის ხარისხის შემდგომი ოპტიმიზაცია.

ნახევარგამტარული მასალების კვლევაში მაღალი ხარისხის SiC მონოკრისტალების ზრდის ტექნოლოგიის შემუშავება ერთ-ერთი მთავარი აქცენტია. ტექნოლოგიის განვითარებასთან ერთად, კრისტალების ზრდის მეთოდები გააგრძელებს განვითარებას და გაუმჯობესებას, რაც უზრუნველყოფს მყარ საფუძველს SiC-ის გამოყენებისთვის მაღალი ტემპერატურის, მაღალი სიხშირის და მაღალი სიმძლავრის ელექტრონულ მოწყობილობებში.