Helstu aðferðirnar við framleiðslu á einkristalla kísils eru meðal annars: Eðlisfræðilegur gufuflutningur (PVT), vaxtarþróun með sáðlausn (TSSG) og efnaútfelling gufu við háan hita (HT-CVD). Meðal þessara aðferða er PVT aðferðin víða notuð í iðnaðarframleiðslu vegna einfaldleika búnaðar, auðveldrar stjórnunar og lágs búnaðar- og rekstrarkostnaðar.
Lykilatriði í tækni fyrir PVT vöxt kísilkarbíðkristalla
Þegar kísilkarbíðkristallar eru ræktaðir með PVT-aðferðinni (e. Physical Vapour Transport) verður að hafa eftirfarandi tæknilega þætti í huga:
- Hreinleiki grafítefna í vaxtarklefanum: Óhreinindainnihald í grafítþáttum verður að vera undir 5×10⁻⁶, en óhreinindainnihald í einangrunarfilti verður að vera undir 10×10⁻⁶. Frumefni eins og B og Al ættu að vera undir 0,1×10⁻⁶.
- Rétt val á pólun frækristalla: Reynslurannsóknir sýna að C (0001) yfirborðið hentar til ræktunar á 4H-SiC kristallum, en Si (0001) yfirborðið er notað til ræktunar á 6H-SiC kristallum.
- Notkun frækristalla utan ássins: Frækristallar utan ássins geta breytt samhverfu kristallavaxtar og dregið úr göllum í kristalnum.
- Hágæða frækristallabindingarferli.
- Að viðhalda stöðugleika kristallavaxtarviðmótsins meðan á vaxtarferlinu stendur.
Lykiltækni fyrir vöxt kísilkarbíðkristalla
- Lyfjafræðileg tækni fyrir kísilkarbíðduft
Með því að blanda kísilkarbíðdufti með viðeigandi magni af Ce getur vöxtur 4H-SiC einkristalla stöðugast. Hagnýtar niðurstöður sýna að Ce-blöndun getur:
- Auka vaxtarhraða kísilkarbíðkristalla.
- Stjórna stefnu kristalvaxtar, sem gerir hann einsleitari og reglulegari.
- Dregur úr myndun óhreininda, dregur úr göllum og auðveldar framleiðslu á einkristalla og hágæða kristalla.
- Hindra tæringu á bakhlið kristalsins og bæta afköst eins kristalla.
- Tækni til að stjórna hitastigshalla ás og geisla
Áslægur hitastigshalla hefur fyrst og fremst áhrif á gerð og skilvirkni kristallavaxtar. Of lítill hitastigshalla getur leitt til myndunar fjölkristalla og dregið úr vaxtarhraða. Réttur áslægur og geislalægur hitastigshalla auðveldar hraðan vöxt SiC-kristalla en viðheldur stöðugum gæðum kristalsins. - Stjórntækni fyrir grunnplansröskun (BPD)
Gallar í BPD-efninu koma aðallega upp þegar skerspenna í kristalnum fer yfir mikilvæga skerspennu SiC, sem virkjar rennsli. Þar sem BPD-efnin eru hornrétt á vaxtarstefnu kristalsins myndast þau aðallega við vöxt og kælingu kristalsins. - Tækni til að stilla hlutfall gufufasa
Að auka kolefnis- og kísilshlutfallið í vaxtarumhverfinu er áhrifarík ráðstöfun til að stöðuga vöxt eins kristalla. Hærra kolefnis- og kísilshlutfall dregur úr stórum þyrpingum í skrefum, varðveitir upplýsingar um vöxt yfirborðs frækristalla og bælir myndun fjölgerða. - Tækni til að stjórna lágspennu
Spenna við kristallavöxt getur valdið beygju á kristalflötum, sem leiðir til lélegrar kristalgæða eða jafnvel sprungna. Mikil spenna eykur einnig tilfærslur á grunnfleti, sem getur haft neikvæð áhrif á gæði epitaxiallagsins og afköst tækisins.
6 tommu SiC skífuskannamynd
Aðferðir til að draga úr streitu í kristöllum:
- Stillið dreifingu hitastigssviðsins og ferlisbreytur til að gera kleift að ná næstum jafnvægisvexti SiC einkristalla.
- Hámarka uppbyggingu deiglunnar til að leyfa frjálsan kristallavöxt með lágmarks takmörkunum.
- Breyttu aðferðum við festingu frækristalla til að draga úr ósamræmi í varmaþenslu milli frækristallsins og grafíthaldarans. Algeng aðferð er að skilja eftir 2 mm bil á milli frækristallsins og grafíthaldarans.
- Bætið glæðingarferli með því að innleiða glæðingu í ofni á staðnum, aðlaga glæðingarhita og -tíma til að losa að fullu um innri spennu.
Framtíðarþróun í vaxtartækni kísilkarbíðkristalla
Horft til framtíðar mun tækni til að framleiða hágæða SiC einkristalla þróast í eftirfarandi áttir:
- Stórfelldur vöxtur
Þvermál kísilkarbíðs einkristalla hefur þróast úr nokkrum millimetrum í 6 tommur, 8 tommur og jafnvel stærri 12 tommur. Stórir SiC kristallar bæta framleiðsluhagkvæmni, lækka kostnað og uppfylla kröfur öflugra tækja. - Hágæða vöxtur
Hágæða SiC einkristallar eru nauðsynlegir fyrir afkastamikla tæki. Þótt verulegar framfarir hafi orðið eru gallar eins og örpípur, úrfellingar og óhreinindi enn til staðar, sem hafa áhrif á afköst og áreiðanleika tækja. - Kostnaðarlækkun
Hár kostnaður við framleiðslu á SiC-kristallum takmarkar notkun þeirra á ákveðnum sviðum. Með því að hámarka vaxtarferla, bæta framleiðsluhagkvæmni og lækka hráefniskostnað er hægt að lækka framleiðslukostnað. - Greindur vöxtur
Með framþróun í gervigreind og stórgögnum mun SiC kristalvöxttækni í auknum mæli nota snjallar lausnir. Rauntímaeftirlit og stjórnun með skynjurum og sjálfvirkum kerfum mun auka stöðugleika og stjórnunarhæfni ferla. Að auki getur greining stórgagna fínstillt vaxtarbreytur, bætt gæði kristalla og framleiðsluhagkvæmni.
Tækni til að búa til hágæða kísilkarbíð einkristalla er lykilatriði í rannsóknum á hálfleiðaraefnum. Með framförum í tækni munu SiC kristalvöxtaraðferðir halda áfram að þróast og veita traustan grunn fyrir notkun á sviðum með háan hita, hátíðni og mikla afköst.
Birtingartími: 25. júlí 2025