Ang mga pangunahing pamamaraan para sa pagpapalaki ng mga solong kristal ng silicon carbide ay kinabibilangan ng Physical Vapor Transport (PVT), Top-Seeded Solution Growth (TSSG), at High-Temperature Chemical Vapor Deposition (HT-CVD).

Kabilang sa mga ito, ang pamamaraan ng PVT ay naging pangunahing pamamaraan para sa pang-industriyang produksyon dahil sa medyo simpleng pag-setup ng kagamitan, kadalian ng operasyon at kontrol, at mas mababang gastos sa kagamitan at pagpapatakbo.

---

Mga Pangunahing Teknikal na Punto ng SiC Crystal Growth Gamit ang PVT Method

Upang mapalago ang mga kristal na silicon carbide gamit ang pamamaraan ng PVT, maraming mga teknikal na aspeto ang dapat na maingat na kontrolin:

1. Purity ng Graphite Materials sa Thermal Field
   Ang mga materyales na grapayt na ginamit sa paglago ng kristal na thermal field ay dapat matugunan ang mahigpit na mga kinakailangan sa kadalisayan. Ang impurity content sa mga bahagi ng graphite ay dapat na mas mababa sa 5×10⁻⁶, at para sa insulation felt na mas mababa sa 10×10⁻⁶. Sa partikular, ang mga nilalaman ng boron (B) at aluminyo (Al) ay dapat na mas mababa sa 0.1×10⁻⁶.

2. Tamang Polarity ng Seed Crystal
   Ipinapakita ng empirical data na ang C-face (0001) ay angkop para sa paglaki ng 4H-SiC crystals, habang ang Si-face (0001) ay angkop para sa 6H-SiC na paglaki.

3. Paggamit ng Off-Axis Seed Crystals
   Maaaring baguhin ng mga off-axis na buto ang simetrya ng paglago, bawasan ang mga depekto sa kristal, at itaguyod ang mas mahusay na kalidad ng kristal.

4. Maaasahang Seed Crystal Bonding Technique
   Ang wastong pagbubuklod sa pagitan ng kristal ng binhi at ang may hawak ay mahalaga para sa katatagan sa panahon ng paglaki.

5. Pagpapanatili ng Stability ng Growth Interface
   Sa buong ikot ng paglaki ng kristal, ang interface ng paglago ay dapat manatiling matatag upang matiyak ang mataas na kalidad na pag-unlad ng kristal.

 

---

Mga Pangunahing Teknolohiya sa SiC Crystal Growth

1. Teknolohiya ng Doping para sa SiC Powder

Maaaring patatagin ng doping SiC powder na may cerium (Ce) ang paglaki ng isang polytype gaya ng 4H-SiC. Ipinakita ng pagsasanay na ang Ce doping ay maaaring:

• Taasan ang rate ng paglago ng SiC crystals;

• Pagbutihin ang kristal na oryentasyon para sa higit na pare-pareho at direksyong paglago;

• Bawasan ang mga impurities at depekto;

• Pigilan ang backside corrosion ng kristal;

• Pahusayin ang nag-iisang crystal yield rate.

2. Kontrol ng Axial at Radial Thermal Gradients

Ang mga gradient ng temperatura ng axial ay nakakaapekto sa polytype ng kristal at rate ng paglago. Ang isang gradient na masyadong maliit ay maaaring humantong sa mga polytype inclusions at nabawasan ang transportasyon ng materyal sa vapor phase. Ang pag-optimize ng parehong axial at radial gradient ay kritikal para sa mabilis at matatag na paglaki ng kristal na may pare-parehong kalidad.

3. Teknolohiya ng Pagkontrol ng Basal Plane Dislocation (BPD).

Ang mga BPD ay pangunahing nabuo dahil sa paggugupit na stress na lumampas sa kritikal na threshold sa mga kristal ng SiC, na nagpapagana ng mga sistema ng slip. Dahil ang mga BPD ay patayo sa direksyon ng paglago, kadalasang lumilitaw ang mga ito sa panahon ng paglaki at paglamig ng kristal. Ang pagbabawas ng panloob na stress ay maaaring makabuluhang bawasan ang density ng BPD.

4. Pagkontrol ng Ratio ng Komposisyon ng Phase ng singaw

Ang pagtaas ng carbon-to-silicon ratio sa vapor phase ay isang napatunayang paraan para sa pagsulong ng single polytype growth. Ang isang mataas na C/Si ratio ay binabawasan ang macrostep bunching at pinapanatili ang pamana sa ibabaw mula sa seed crystal, kaya pinipigilan ang pagbuo ng mga hindi gustong polytypes.

5. Mga Teknik sa Paglago ng Mababang Stress

Ang stress sa panahon ng paglaki ng kristal ay maaaring humantong sa mga curved lattice planes, mga bitak, at mas mataas na densidad ng BPD. Ang mga depektong ito ay maaaring madala sa mga epitaxial layer at negatibong nakakaapekto sa pagganap ng device.

Ang ilang mga diskarte upang mabawasan ang panloob na stress ng kristal ay kinabibilangan ng:

• Pagsasaayos ng pamamahagi ng thermal field at mga parameter ng proseso para isulong ang malapit na equilibrium na paglago;

• Pag-optimize ng disenyo ng crucible upang payagan ang kristal na malayang lumago nang walang mekanikal na hadlang;

• Pagpapabuti ng configuration ng may hawak ng binhi upang mabawasan ang hindi pagkakatugma ng thermal expansion sa pagitan ng buto at grapayt sa panahon ng pag-init, kadalasan sa pamamagitan ng pag-iiwan ng 2 mm na agwat sa pagitan ng buto at may hawak;

• Pinipino ang mga proseso ng pagsusubo, na nagpapahintulot sa kristal na lumamig kasama ng hurno, at pagsasaayos ng temperatura at tagal upang ganap na mapawi ang panloob na stress.

---

Mga Uso sa SiC Crystal Growth Technology

1. Mas Malaking Sukat ng Crystal
Ang mga solong kristal na diameter ng SiC ay tumaas mula sa ilang millimeters lang hanggang 6-inch, 8-inch, at kahit na 12-inch na wafers. Ang mga malalaking wafer ay nagpapalakas ng kahusayan sa produksyon at nagpapababa ng mga gastos, habang natutugunan ang mga hinihingi ng mga application ng high-power na device.

2. Mas Mataas na Kalidad ng Crystal
Ang mga de-kalidad na SiC crystal ay mahalaga para sa mga device na may mataas na pagganap. Sa kabila ng mga makabuluhang pagpapabuti, ang mga kasalukuyang kristal ay nagpapakita pa rin ng mga depekto gaya ng mga micropipe, dislokasyon, at mga dumi, na lahat ay maaaring magpapahina sa pagganap at pagiging maaasahan ng device.

3. Pagbawas ng Gastos
Ang paggawa ng kristal ng SiC ay medyo mahal pa rin, na nililimitahan ang mas malawak na pag-aampon. Ang pagbabawas ng mga gastos sa pamamagitan ng mga na-optimize na proseso ng paglago, pagtaas ng kahusayan sa produksyon, at pagpapababa ng mga gastos sa hilaw na materyal ay mahalaga para sa pagpapalawak ng mga aplikasyon sa merkado.

4. Matalinong Paggawa
Sa mga pagsulong sa artificial intelligence at malalaking data na teknolohiya, ang paglago ng kristal ng SiC ay lumilipat patungo sa matalino, automated na proseso. Ang mga sensor at control system ay maaaring subaybayan at ayusin ang mga kondisyon ng paglago sa real-time, pagpapabuti ng katatagan ng proseso at predictability. Ang data analytics ay maaaring higit pang mag-optimize ng mga parameter ng proseso at kalidad ng kristal.

Ang pagbuo ng mataas na kalidad na SiC single crystal growth technology ay isang pangunahing pokus sa pananaliksik ng mga materyales ng semiconductor. Habang umuunlad ang teknolohiya, patuloy na uunlad at papahusayin ang mga paraan ng paglaki ng kristal, na nagbibigay ng matibay na pundasyon para sa mga aplikasyon ng SiC sa mataas na temperatura, mataas na dalas, at mataas na kapangyarihan na mga elektronikong device.