De vigtigste metoder til fremstilling af silicium-enkeltkrystal omfatter: fysisk damptransport (PVT), topfrøopløsningsvækst (TSSG) og højtemperaturkemisk dampaflejring (HT-CVD). Blandt disse er PVT-metoden bredt anvendt i industriel produktion på grund af dens enkle udstyr, nemme styring og lave udstyrs- og driftsomkostninger.
Nøgletekniske punkter for PVT-vækst af siliciumcarbidkrystaller
Ved dyrkning af siliciumcarbidkrystaller ved hjælp af PVT-metoden (fysisk damptransport), skal følgende tekniske aspekter tages i betragtning:
- Renhed af grafitmaterialer i vækstkammeret: Indholdet af urenheder i grafitkomponenter skal være under 5×10⁻⁶, mens indholdet af urenheder i isoleringsfilt skal være under 10×10⁻⁶. Elementer som B og Al bør holdes under 0,1×10⁻⁶.
- Korrekt valg af polaritet for frøkrystaller: Empiriske undersøgelser viser, at C (0001)-fladen er egnet til dyrkning af 4H-SiC-krystaller, mens Si (0001)-fladen bruges til dyrkning af 6H-SiC-krystaller.
- Brug af off-axis kimkrystaller: Off-axis kimkrystaller kan ændre symmetrien af krystalvækst og reducere defekter i krystallen.
- Højkvalitets krystalbindingsproces.
- Opretholdelse af stabiliteten af krystalvækstgrænsefladen under vækstcyklussen.
Nøgleteknologier til siliciumcarbidkrystalvækst
- Dopingteknologi til siliciumcarbidpulver
Dotering af siliciumcarbidpulveret med en passende mængde Ce kan stabilisere væksten af 4H-SiC-enkeltkrystaller. Praktiske resultater viser, at Ce-dotering kan:
- Øg væksthastigheden af siliciumcarbidkrystaller.
- Kontroller krystalvækstens orientering, hvilket gør den mere ensartet og regelmæssig.
- Undertrykker dannelse af urenheder, reducerer defekter og letter produktionen af enkeltkrystaller og krystaller af høj kvalitet.
- Hæmmer bagsidekorrosion af krystallen og forbedrer udbyttet af enkeltkrystal.
- Aksial og radial temperaturgradientkontrolteknologi
Den aksiale temperaturgradient påvirker primært krystalvæksttypen og effektiviteten. En for lille temperaturgradient kan føre til polykrystallinsk dannelse og reducere væksthastigheden. Korrekte aksiale og radiale temperaturgradienter fremmer hurtig SiC-krystalvækst, samtidig med at stabil krystalkvalitet opretholdes. - Basalplandislokation (BPD) kontrolteknologi
BPD-defekter opstår hovedsageligt, når forskydningsspændingen i krystallen overstiger den kritiske forskydningsspænding for SiC, hvilket aktiverer slipsystemer. Da BPD'er er vinkelrette på krystallens vækstretning, dannes de primært under krystalvækst og afkøling. - Teknologi til justering af dampfasesammensætningsforholdet
At øge forholdet mellem kulstof og silicium i vækstmiljøet er en effektiv foranstaltning til at stabilisere enkeltkrystalvækst. Et højere forhold mellem kulstof og silicium reducerer store trin i bunching, bevarer information om vækst af frøkrystallernes overflade og undertrykker polytypedannelse. - Teknologi til lavspændingskontrol
Stress under krystalvækst kan forårsage bøjning af krystalplaner, hvilket fører til dårlig krystalkvalitet eller endda revner. Høj stress øger også basalplanforskydninger, hvilket kan have en negativ indvirkning på epitaksialt lagkvalitet og enhedens ydeevne.
6-tommer SiC wafer scanningsbillede
Metoder til at reducere stress i krystaller:
- Juster temperaturfeltfordelingen og procesparametrene for at muliggøre næsten ligevægtsvækst af SiC-enkeltkrystaller.
- Optimer digelstrukturen for at tillade fri krystalvækst med minimale begrænsninger.
- Modificér teknikker til fiksering af kimkrystaller for at reducere den termiske ekspansionsforskel mellem kimkrystallen og grafitholderen. En almindelig fremgangsmåde er at efterlade et mellemrum på 2 mm mellem kimkrystallen og grafitholderen.
- Forbedr udglødningsprocesserne ved at implementere in-situ ovnglødning, justere udglødningstemperaturen og varigheden for fuldt ud at frigive intern spænding.
Fremtidige tendenser inden for siliciumcarbidkrystalvækstteknologi
Fremadrettet vil teknologien til fremstilling af SiC-enkeltkrystal af høj kvalitet udvikle sig i følgende retninger:
- Vækst i stor skala
Diameteren af siliciumcarbid-enkeltkrystaller har udviklet sig fra et par millimeter til 6 tommer, 8 tommer og endda større 12 tommer. SiC-krystaller med stor diameter forbedrer produktionseffektiviteten, reducerer omkostningerne og opfylder kravene fra højtydende enheder. - Vækst af høj kvalitet
Højkvalitets SiC-enkeltkrystaller er afgørende for højtydende enheder. Selvom der er gjort betydelige fremskridt, findes der stadig defekter som mikrorør, forskydninger og urenheder, hvilket påvirker enhedernes ydeevne og pålidelighed. - Omkostningsreduktion
De høje omkostninger ved fremstilling af SiC-krystaller begrænser deres anvendelse inden for visse områder. Optimering af vækstprocesser, forbedring af produktionseffektiviteten og reduktion af råvareomkostninger kan bidrage til at sænke produktionsomkostningerne. - Intelligent vækst
Med fremskridt inden for AI og big data vil SiC-krystalvækstteknologi i stigende grad anvende intelligente løsninger. Overvågning og kontrol i realtid ved hjælp af sensorer og automatiserede systemer vil forbedre processtabilitet og kontrollerbarhed. Derudover kan big data-analyser optimere vækstparametre, hvilket forbedrer krystalkvaliteten og produktionseffektiviteten.
Teknologi til fremstilling af enkeltkrystal af siliciumcarbid af høj kvalitet er et centralt fokusområde inden for forskning i halvledermaterialer. I takt med at teknologien udvikler sig, vil SiC-krystalvækstteknikker fortsætte med at udvikle sig og danne et solidt fundament for anvendelser inden for højtemperatur-, højfrekvens- og højeffektfelter.
Opslagstidspunkt: 25. juli 2025