Mga Pangunahing Pagsasaalang-alang para sa De-kalidad na Paghahanda ng Isahang Kristal na Silicon Carbide

Kabilang sa mga pangunahing pamamaraan para sa paghahanda ng solong kristal na silikon ang: Physical Vapor Transport (PVT), Top-Seeded Solution Growth (TSSG), at High-Temperature Chemical Vapor Deposition (HT-CVD). Kabilang sa mga ito, ang paraan ng PVT ay malawakang pinagtibay sa industriyal na produksyon dahil sa simpleng kagamitan nito, kadalian ng kontrol, at mababang kagamitan at gastos sa pagpapatakbo.

Mga Pangunahing Teknikal na Punto para sa PVT Growth ng Silicon Carbide Crystals

Kapag lumalaki ang mga kristal na silicon carbide gamit ang Physical Vapor Transport (PVT) na pamamaraan, ang mga sumusunod na teknikal na aspeto ay dapat isaalang-alang:

1. Purity of Graphite Materials in the Growth Chamber: Ang impurity content sa graphite components ay dapat mas mababa sa 5×10⁻⁶, habang ang impurity content sa insulation felt ay dapat mas mababa sa 10×10⁻⁶. Ang mga elemento tulad ng B at Al ay dapat panatilihing mas mababa sa 0.1×10⁻⁶.
2. Tamang Pagpili ng Seed Crystal Polarity: Ipinapakita ng mga empirical na pag-aaral na ang C (0001) na mukha ay angkop para sa pagpapalaki ng 4H-SiC na mga kristal, habang ang Si (0001) na mukha ay ginagamit para sa pagpapalaki ng 6H-SiC na mga kristal.
3. Paggamit ng mga Off-Axis Seed Crystal: Maaaring baguhin ng mga off-axis na seed crystal ang simetriya ng paglaki ng kristal, na binabawasan ang mga depekto sa kristal.
4. De-kalidad na Proseso ng Pagbubuklod ng Crystal ng Binhi.
5. Pagpapanatili ng Katatagan ng Crystal Growth Interface sa Panahon ng Growth Cycle.

Mga Pangunahing Teknolohiya para sa Silicon Carbide Crystal Growth

1. Teknolohiya ng Doping para sa Silicon Carbide Powder
   Ang pagdo-doping ng silicon carbide powder na may naaangkop na halaga ng Ce ay maaaring patatagin ang paglaki ng 4H-SiC single crystals. Ipinapakita ng mga praktikal na resulta na ang Ce doping ay maaaring:

• Palakihin ang rate ng paglago ng mga kristal na silicon carbide.
• Kontrolin ang oryentasyon ng paglaki ng kristal, ginagawa itong mas pare-pareho at regular.
• Pigilan ang pagbuo ng karumihan, binabawasan ang mga depekto at pinapadali ang paggawa ng single-crystal at mataas na kalidad na mga kristal.
• Pigilan ang backside corrosion ng kristal at pagbutihin ang single-crystal yield.

• Axial at Radial Temperature Gradient Control Technology
  Ang gradient ng temperatura ng axial ay pangunahing nakakaapekto sa uri at kahusayan ng paglago ng kristal. Ang sobrang maliit na gradient ng temperatura ay maaaring humantong sa pagbuo ng polycrystalline at bawasan ang mga rate ng paglago. Ang wastong axial at radial temperature gradients ay nagpapadali sa mabilis na paglaki ng kristal ng SiC habang pinapanatili ang matatag na kalidad ng kristal.
• Teknolohiya ng Pagkontrol ng Basal Plane Dislocation (BPD).
  Ang mga depekto sa BPD ay pangunahing lumitaw kapag ang shear stress sa kristal ay lumampas sa kritikal na shear stress ng SiC, na nagpapagana ng mga slip system. Dahil ang mga BPD ay patayo sa direksyon ng paglaki ng kristal, pangunahin silang nabubuo sa panahon ng paglaki at paglamig ng kristal.
• Vapor Phase Composition Ratio Adjustment Technology
  Ang pagtaas ng carbon-to-silicon ratio sa kapaligiran ng paglago ay isang mabisang panukala upang patatagin ang single-crystal na paglaki. Ang isang mas mataas na carbon-to-silicon ratio ay binabawasan ang malalaking hakbang na bunching, pinapanatili ang impormasyon sa paglaki ng ibabaw ng seed crystal, at pinipigilan ang pagbuo ng polytype.
• Low-Stress Control Technology
  Ang stress sa panahon ng paglaki ng kristal ay maaaring maging sanhi ng pagyuko ng mga kristal na eroplano, na humahantong sa hindi magandang kalidad ng kristal o kahit na pag-crack. Ang mataas na stress ay nagpapataas din ng basal plane dislocations, na maaaring makaapekto sa kalidad ng epitaxial layer at performance ng device.

6-inch SiC wafer scanning na imahe

Mga Paraan upang Bawasan ang Stress sa Mga Kristal:

• Ayusin ang pamamahagi ng patlang ng temperatura at mga parameter ng proseso upang paganahin ang malapit-equilibrium na paglago ng mga solong kristal ng SiC.
• I-optimize ang istraktura ng crucible upang payagan ang libreng paglaki ng kristal na may kaunting mga hadlang.
• Baguhin ang mga seed crystal fixation techniques para mabawasan ang thermal expansion mismatch sa pagitan ng seed crystal at graphite holder. Ang isang karaniwang diskarte ay ang mag-iwan ng 2 mm na agwat sa pagitan ng seed crystal at graphite holder.
• Pahusayin ang mga proseso ng pagsusubo sa pamamagitan ng pagpapatupad ng in-situ furnace annealing, pagsasaayos ng temperatura at tagal ng pagsusubo upang ganap na mailabas ang panloob na stress.

Mga Trend sa Hinaharap sa Silicon Carbide Crystal Growth Technology

Sa hinaharap, bubuo ang mataas na kalidad na SiC single crystal preparation technology sa mga sumusunod na direksyon:

1. Malaking Paglago
   Ang diameter ng mga silicon carbide na solong kristal ay nagbago mula sa ilang millimeters hanggang 6-inch, 8-inch, at mas malalaking 12-inch na laki. Ang malalaking diameter na SiC crystal ay nagpapabuti sa kahusayan sa produksyon, nagpapababa ng mga gastos, at nakakatugon sa mga pangangailangan ng mga high-power na device.
2. De-kalidad na Paglago
   Ang mga de-kalidad na SiC single crystal ay mahalaga para sa mga device na may mataas na performance. Bagama't may makabuluhang pag-unlad, mayroon pa ring mga depekto tulad ng mga micropipe, dislokasyon, at dumi, na nakakaapekto sa pagganap at pagiging maaasahan ng device.
3. Pagbawas ng Gastos
   Ang mataas na halaga ng paghahanda ng SiC crystal ay naglilimita sa paggamit nito sa ilang partikular na larangan. Ang pag-optimize sa mga proseso ng paglago, pagpapabuti ng kahusayan sa produksyon, at pagbabawas ng mga gastos sa hilaw na materyal ay maaaring makatulong sa pagpapababa ng mga gastos sa produksyon.
4. Matalinong Paglago
   Sa mga pagsulong sa AI at malaking data, ang SiC crystal growth technology ay lalong magpapatibay ng mga matatalinong solusyon. Ang real-time na pagsubaybay at kontrol gamit ang mga sensor at mga automated na system ay magpapahusay sa katatagan at pagkontrol ng proseso. Bilang karagdagan, ang malaking data analytics ay maaaring mag-optimize ng mga parameter ng paglago, pagpapabuti ng kalidad ng kristal at kahusayan sa produksyon.

Ang de-kalidad na teknolohiya ng paghahanda ng solong kristal na silicon carbide ay isang pangunahing pokus sa pananaliksik ng materyal na semiconductor. Habang umuunlad ang teknolohiya, patuloy na uunlad ang mga diskarte sa paglago ng kristal ng SiC, na nagbibigay ng matibay na pundasyon para sa mga aplikasyon sa mga field na may mataas na temperatura, mataas na dalas, at mataas na kapangyarihan.