Helstu aðferðirnar til að rækta einkristalla kísilkarbíðs eru meðal annars líkamlegur gufuflutningur (PVT), vöxtur með sæðislausn (TSSG) og efnaútfelling við háan hita (HT-CVD).

Meðal þessara hefur PVT-aðferðin orðið aðaltæknin í iðnaðarframleiðslu vegna tiltölulega einfaldrar uppsetningar búnaðar, auðveldrar notkunar og stjórnun og lægri búnaðar- og rekstrarkostnaðar.

---

Lykilatriði í tæknilegum atriðum við vöxt SiC-kristalla með PVT-aðferðinni

Til að rækta kísilkarbíðkristalla með PVT aðferðinni verður að hafa vandlega eftirlit með nokkrum tæknilegum þáttum:

1. Hreinleiki grafítefna í hitasviði
   Grafítefnin sem notuð eru í varmaræktun kristalsins verða að uppfylla strangar kröfur um hreinleika. Óhreinindainnihald í grafítþáttum ætti að vera undir 5×10⁻⁶ og fyrir einangrunarfilt undir 10×10⁻⁶. Nánar tiltekið verður innihald bórs (B) og áls (Al) hvort um sig að vera undir 0,1×10⁻⁶.

2. Rétt pólun frækristalls
   Reynslurannsóknir sýna að C-flöturinn (0001) hentar vel til ræktunar á 4H-SiC kristallum, en Si-flöturinn (0001) hentar vel til ræktunar á 6H-SiC.

3. Notkun frækristalla utan ássins
   Fræ sem eru utan ássins geta breytt vaxtarsamhverfu, dregið úr kristallagöllum og stuðlað að betri kristallgæðum.

4. Áreiðanleg tækni við bindingu frækristalla
   Rétt tenging milli frækristallsins og haldarans er nauðsynleg fyrir stöðugleika meðan á vexti stendur.

5. Að viðhalda stöðugleika vaxtarviðmótsins
   Á meðan kristallavaxtarferlinu stendur verður vaxtarviðmótið að vera stöðugt til að tryggja hágæða kristallaþróun.

 

---

Kjarnatækni í SiC kristalvöxt

1. Lyfjafræðileg tækni fyrir SiC duft

Með því að blanda SiC dufti við seríum (Ce) getur það stöðvað vöxt einstakra fjölgerða eins og 4H-SiC. Reynslan hefur sýnt að Ce-blöndun getur:

• Auka vaxtarhraða SiC kristalla;

• Bæta stefnumörkun kristalanna fyrir jafnari og stefnufastari vöxt;

• Minnka óhreinindi og galla;

• Bæla niður tæringu á bakhlið kristalsins;

• Auka afköst eins kristalla.

2. Stjórnun á ás- og geislahitastiglum

Áslægur hitastigshalla hefur áhrif á fjölgerð kristalla og vaxtarhraða þeirra. Of lítill hitastigshalla getur leitt til innfellinga fjölgerða og minnkaðs flutnings efnis í gufufasanum. Að hámarka bæði áslægan og geislalægan hitastigshalla er mikilvægt fyrir hraðan og stöðugan kristallavöxt með samræmdum gæðum.

3. Stjórntækni fyrir grunnplansröskun (BPD)

BPD-efni myndast aðallega vegna skerspennu sem fer yfir mikilvægan þröskuld í SiC-kristöllum, sem virkjar rennsli. Þar sem BPD-efni eru hornrétt á vaxtarstefnu myndast þau venjulega við kristallavöxt og kælingu. Að lágmarka innri spennu getur dregið verulega úr þéttleika BPD-efnisins.

4. Stjórnun á hlutfalli gufufasasamsetningar

Að auka kolefnis-til-kísils hlutfallið í gufufasanum er sannað aðferð til að stuðla að vexti einstakra fjölgerða. Hátt C/Si hlutfall dregur úr þéttingu stórskrefa og viðheldur yfirborðserfðum frá frækristallinum, og bælir þannig niður myndun óæskilegra fjölgerða.

5. Lágþrýstingsvaxtartækni

Spenna við kristallavöxt getur leitt til bogadreginna grindarflata, sprungna og hærri BPD-þéttleika. Þessir gallar geta borist yfir í epitaxiallögin og haft neikvæð áhrif á afköst tækisins.

Nokkrar aðferðir til að draga úr innri spennu í kristöllum eru meðal annars:

• Aðlögun dreifingar hitasviðs og ferlisbreyta til að stuðla að nærri jafnvægisvexti;

• Að hámarka hönnun deiglunnar til að leyfa kristalnum að vaxa frjálslega án vélrænna takmarkana;

• Að bæta uppsetningu fræhaldarans til að draga úr ósamræmi í varmaþenslu milli fræsins og grafítsins við upphitun, oft með því að skilja eftir 2 mm bil á milli fræsins og haldarans;

• Hreinsun glæðingarferla, þar sem kristöllunum er leyft að kólna með ofninum og hitastig og lengd aðlagað til að létta að fullu á innri spennu.

---

Þróun í SiC kristalvaxtartækni

1. Stærri kristallastærðir
Þvermál einkristalla SiC hefur aukist úr aðeins nokkrum millimetrum í 6 tommu, 8 tommu og jafnvel 12 tommu skífur. Stærri skífur auka framleiðsluhagkvæmni og draga úr kostnaði, en uppfylla jafnframt kröfur um notkun háaflstækja.

2. Meiri kristalgæði
Hágæða SiC kristallar eru nauðsynlegir fyrir afkastamikla tæki. Þrátt fyrir verulegar framfarir sýna núverandi kristallar enn galla eins og örpípur, úrfellingar og óhreinindi, sem allt getur dregið úr afköstum og áreiðanleika tækja.

3. Kostnaðarlækkun
Framleiðsla á SiC kristallum er enn tiltölulega dýr, sem takmarkar víðtækari notkun. Að lækka kostnað með því að hámarka vaxtarferla, auka framleiðsluhagkvæmni og lækka hráefniskostnað er lykilatriði til að auka markaðsnotkun.

4. Greind framleiðsla
Með framþróun í gervigreind og stórgagnatækni er vöxtur SiC-kristalla að færast í átt að snjöllum, sjálfvirkum ferlum. Skynjarar og stjórnkerfi geta fylgst með og aðlagað vaxtarskilyrði í rauntíma, sem bætir stöðugleika og fyrirsjáanleika ferla. Gagnagreining getur enn frekar fínstillt ferlisbreytur og gæði kristalla.

Þróun hágæða SiC einkristalla vaxtartækni er megináhersla í rannsóknum á hálfleiðaraefnum. Eftir því sem tæknin þróast munu kristalvaxtaraðferðir halda áfram að þróast og batna og leggja traustan grunn að SiC notkun í háhita-, hátíðni- og aflmiklum rafeindatækjum.