Hvordan opnår man krystalvækst af høj kvalitet? - sic krystalvækstovn

1. Hvad er det grundlæggende princip om siliciumcarbidkrystallvækstovn?

Arbejdsprincippet for siliciumcarbidkrystallvækstovnen er fysisk sublimering (PVT). PVT-metoden er en af ​​de mest effektive metoder til dyrkning af SIC-enkeltkrystaller med høj renhed. Gennem præcis kontrol af det termiske felt, atmosfære og vækstparametre kan siliciumcarbidkrystallvækstovnen fungere stabilt ved høje temperaturer for at afslutte sublimeringen, gasfaset transmission og kondensationskrystallisationsproces afSic pulver.

1.1 Arbejdsprincippet om vækstovnen

● PVT method

Kernen i PVT -metoden er at sublimere siliciumcarbidpulver til gasformige komponenter ved høje temperaturer og kondensere på frøkrystallen gennem gasfasoverførsel for at danne en enkelt krystalstruktur. Denne metode har betydelige fordele ved fremstilling af krystaller med høj renhed i stor størrelse.

● Grundlæggende proces med krystalvækst

✔ Sublimering: SiC -pulver i diglen sublimeres i gasformige komponenter, såsom Si, C2 og SiC2 ved en høj temperatur over 2000 ℃.

✔ Transport: Under virkningen af ​​termisk gradient overføres de gasformige komponenter fra den høje temperaturzone (pulverzone) til den lave temperaturzone (frøkrystalloverflade).

✔ Kondensationskrystallisation: Flygtige komponenter udfælder på frøkrystalloverfladen og vokser langs gitterretningen for at danne en enkelt krystal.

1.2 Specifikke principper for krystalvækst

Vækstprocessen for siliciumcarbidkrystaller er opdelt i tre trin, som er tæt knyttet til hinanden og påvirker den endelige kvalitet af krystallen.

Sic pulver sublimering: Under høje temperaturforhold vil fast SIC (siliciumcarbid) sublimere i gasformigt silicium (SI) og gasformigt carbon (C), og reaktionen er som følger:

SIC (S) → SI (G) + C (G)

Og mere komplekse sekundære reaktioner til at generere flygtige gasformige komponenter (såsom SIC2). Høj temperatur er en nødvendig betingelse for at fremme sublimeringsreaktioner.

✔ Gasfasetransport: De gasformige komponenter transporteres fra sublimeringszonen for digelen til frøzonen under drivkraften af ​​temperaturgradienten. Stabiliteten af ​​gasstrømmen bestemmer deponeringens ensartethed.

✔ Kondensationskrystallisation: Ved lavere temperaturer kombineres flygtige gasformige komponenter med overfladen af ​​frøkrystallen for at danne faste krystaller. Denne proces involverer komplekse mekanismer for termodynamik og krystallografi.

1.3 Nøgleparametre til siliciumcarbidkrystallvækst

SIC-krystaller af høj kvalitet kræver præcis kontrol af følgende parametre:

✔ Temperatur: Sublimeringszonen skal holdes over 2000 ℃ for at sikre fuldstændig nedbrydning af pulveret. Temperaturen i frøzonen styres ved 1600-1800 ℃ for at sikre en moderat afsætningshastighed.

✔ pres: PVT-vækst udføres normalt i et lavtryksmiljø på 10-20 Torr for at opretholde stabiliteten i gasfasetransport. For højt eller for lavt tryk vil føre til for hurtig krystalvæksthastighed eller øgede defekter.

✔ Atmosfære: Brug argon med høj renhed som en bærergas for at undgå urenhedskontaminering under reaktionsprocessen. Atmosfærens renhed er afgørende for undertrykkelsen af ​​krystaldefekter.

✔ Tid: Krystallvæksttiden er normalt op til titusinder af timer for at opnå ensartet vækst og passende tykkelse.

2. Hvad er strukturen af ​​siliciumcarbidkrystallvækstovnen?

Optimering af strukturen af ​​siliciumcarbidkrystallvækstovnen fokuserer hovedsageligt på høj temperaturopvarmning, atmosfære kontrol, temperaturfeltdesign og overvågningssystem.

2.1 Hovedkomponenter i vækstovnen

● Højtemperaturvarmesystem

✔ Modstandsopvarmning: Brug høj temperaturresistenstråd (såsom molybdæn, wolfram) til direkte at tilvejebringe varmeenergi. Fordelen er høj temperaturstyringsnøjagtighed, men livet er begrænset ved høj temperatur.

✔ Induktionsopvarmning: Eddy -strømopvarmning genereres i digelen gennem en induktionsspole. Det har fordelene ved høj effektivitet og ikke-kontakt, men udstyrsomkostningerne er relativt høje.

● Grafit Crucible and Substrate Seed Station

✔ Grafitgrafit på høj renhed sikrer stabilitet med høj temperatur.

✔ Designet af frøstationen skal tage højde for både luftstrømsuniformitet og termisk ledningsevne.

● Atmosfære kontrolenhed

✔ Udstyret med et gasleveringssystem med høj renhed og en trykregulerende ventil for at sikre reaktionsmiljøets renhed og stabilitet.

● Temperaturfeltens ensartethed design

✔ Ved at optimere digelttykkelsen, opvarmningselementfordelingen og varmeskjoldstrukturen, opnås den ensartede fordeling af temperaturfeltet, hvilket reducerer virkningen af ​​termisk stress på krystallen.

2.2 Temperaturfelt og termisk gradientdesign

✔ Betydningen af ​​temperaturfeltens ensartethed: Ujævn temperaturfelt vil føre til forskellige lokale vækstrater og defekter inde i krystalen. Det ensartethed i temperaturfeltet kan forbedres kraftigt gennem ringformet symmetri -design og optimering af varmeskjold.

✔ Præcis kontrol af termisk gradient: Juster strømfordelingen af ​​varmeapparater og brug varmeskærme til at adskille forskellige områder for at reducere temperaturforskelle. Fordi termiske gradienter har en direkte indflydelse på krystaltykkelse og overfladekvalitet.

2.3 Overvågningssystem til krystalvækstproces

✔ Temperaturovervågning: Brug fiberoptiske temperatursensorer til at overvåge realtidstemperaturen i sublimeringszonen og frøzonen. Datafeedback -systemet kan automatisk justere opvarmningseffekten.

✔ Overvågning af vækstrate: Brug laserinterferometri til at måle væksthastigheden for krystaloverfladen. Kombiner overvågningsdata med modelleringsalgoritmer for dynamisk at optimere processen.

3. Hvad er de tekniske vanskeligheder ved siliciumcarbidkrystallvækstovn?

De tekniske flaskehalse af siliciumcarbidkrystallvækstovn er hovedsageligt koncentreret i materialer med høj temperatur, temperaturfeltkontrol, undertrykkelse af defekt og størrelse.

3.1 Valg og udfordringer af materialer med høj temperatur

Grafitoxideres let ved ekstremt høje temperaturer ogSic coatingskal tilsættes for at forbedre oxidationsmodstand. Kvaliteten af ​​belægningen påvirker direkte ovnens levetid.

Opvarmningselementets levetid og temperaturgrænse. Højtemperaturresistensledninger skal have høj træthedsmodstand. Induktionsopvarmningsudstyr skal optimere design af spiralvarme.

3.2 Præcis kontrol af temperatur og termisk felt

Indflydelsen af ​​ikke-ensartet termisk felt vil føre til en stigning i stablingsfejl og dislokationer. Ovn termisk feltsimuleringsmodel skal optimeres for at opdage problemer på forhånd.

Pålidelighed af overvågningsudstyr med høj temperatur. Sensorer med høj temperatur skal være resistente over for stråling og termisk chok.

3.3 Kontrol af krystaldefekter

Stabling af fejl, dislokationer og polymorfe hybrider er de vigtigste defekttyper. Optimering af det termiske felt og atmosfæren hjælper med at reducere defektdensiteten.

Kontrol af urenhedskilder. Brugen af ​​materialer med høj renhed og forseglingen af ​​ovnen er afgørende for urenhedsundertrykkelse.

3.4 Udfordringer med stor størrelse krystalvækst

Kravene til termisk feltuniformitet til størrelseudvidelse. Når krystalstørrelsen udvides fra 4 tommer til 8 tommer, skal temperaturfeltets ensartethedsdesign skal opgraderes fuldt ud.

Løsning til at revne og fordrive problemer. Reducer krystaldeformation ved at reducere termisk stressgradient.

4. Hvad er råmaterialerne til dyrkning af SIC-krystaller af høj kvalitet?

Vetek Semiconductor har udviklet en ny SIC -enkelt krystal råmateriale -CVD Sic Råmateriale med høj renhed. Dette produkt fylder det indenlandske kløft og er også på det førende niveau globalt og vil være i en langsigtet førende position i konkurrencen. Traditionelle siliciumcarbid-råmaterialer produceres ved reaktionen af ​​silicium og grafit med høj renhed, som er høje i omkostninger, lav i renhed og små i størrelse.

Vetek Semiconductors fluidiserede sengeteknologi bruger methyltrichlorosilan til at generere siliciumcarbid-råvarer gennem kemisk dampaflejring, og det vigtigste biprodukt er saltsyre. Saltsyre kan danne salte ved at neutralisere med alkali og vil ikke forårsage nogen forurening i miljøet. 

På samme tid er methyltrichlorosilan en meget anvendt industriel gas med lave omkostninger og brede kilder, især Kina er den vigtigste producent af methyltrichlorosilan. Derfor Vetek Semiconductors høje renhedCVD sic råmaterialehar international førende konkurrenceevne med hensyn til omkostninger og kvalitet. Renheden af ​​CVD -råmateriale med høj renhed er højere end 99.9995%.

✔ stor størrelse og høj densitet: Den gennemsnitlige partikelstørrelse er ca. 4-10 mm, og partikelstørrelsen af ​​indenlandske Acheson-råmaterialer er <2,5 mm. Den samme volumen Crucible kan indeholde mere end 1,5 kg råmaterialer, hvilket er befordrende for at løse problemet med utilstrækkelig forsyning af storstore krystalvækstmaterialer, hvilket lindrer grafitiseringen af ​​råvarer, reducerer kulstofindpakning og forbedring af krystalkvaliteten.

✔ Low Si/C ratio: Det er tættere på 1: 1 end ømhedens råmaterialer i den selvforplantende metode, som kan reducere de defekter, der er induceret af stigningen i SI-delvis tryk.

✔ Høj outputværdi: De voksne råvarer opretholder stadig prototypen, reducerer omkrystallisation, reducerer grafitiseringen af ​​råvarer, reducerer kulstofindpakningsdefekter og forbedrer kvaliteten af ​​krystaller.

✔ Higher purity: Renheden af ​​råmaterialer produceret ved CVD-metoden er højere end for ømhedens råmaterialer i den selvforplantende metode. Nitrogenindholdet har nået 0,09 ppm uden yderligere oprensning. Dette råmateriale kan også spille en vigtig rolle i det semi-isolerende felt.

✔ lavere omkostninger: Den ensartede fordampningshastighed letter processen og produktkvalitetskontrol, samtidig med at anvendelseshastigheden for råmaterialer forbedres (udnyttelseshastighed> 50%, 4,5 kg råmaterialer producerer 3,5 kg ingots), hvilket reducerer omkostningerne.

✔ Lav menneskelig fejlrate: Kemisk dampaflejring undgår urenheder indført ved menneskelig drift.