Kako doseči visoko kakovostno rast kristalov? - sic kristalna rastna peč

1. Kakšno je osnovno načelo peči za rast silicijevega karbida?

Delovno načelo silicijevega karbidnega kristalnega rasti peči je fizična sublimacija (PVT). Metoda PVT je ena najučinkovitejših metod za gojenje enojnih kristalov z visoko čistostjo. Z natančnim nadzorom toplotnega polja, atmosfere in rastnih parametrov lahko silicijev karbidni kristalni rastni peč deluje stabilno pri visokih temperaturah, da se zaključi proces sublimacije, plinske faze in kondenzacijske kristalizacijeSic prah.

1.1 Delovno načelo rastne peči

● PVT metoda

Jedro metode PVT je, da silicijev karbid v prahu vzvijemo v plinaste komponente pri visokih temperaturah in kondenziramo na kristalu semena skozi plinsko fazno menjalnik, da tvori eno samo kristalno strukturo. Ta metoda ima pomembne prednosti pri pripravi kristalov velike velikosti, velike velikosti.

● Osnovni proces rasti kristalov

✔ Sublimacija: SIC v prahu v lončku se sublimira v plinaste komponente, kot so SI, C2 in SIC2 pri visoki temperaturi nad 2000 ℃.

✔ Prevoz: Pod delovanjem toplotnega gradienta se plinaste komponente prenašajo iz visokega temperaturnega območja (praškasta cona) v območje z nizko temperaturo (semenska kristalna površina).

✔ Kondenzacijska kristalizacija: Hlapne komponente obožujejo na semenski kristalni površini in rastejo vzdolž smeri rešetke, da tvorijo en sam kristal.

1.2 Specifična načela kristalne rasti

Proces rasti kristalov silicijevega karbida je razdeljen na tri stopnje, ki so tesno povezane med seboj in vplivajo na končno kakovost kristala.

✔ Sic prah sublimacija: V visokih temperaturnih pogojih se bo trden sic (silicijev karbid) sublimiral v plinasto silikon (SI) in plinasto ogljik (C), reakcija pa je naslednja:

Sic (s) → si (g) + c (g)

In bolj zapletene sekundarne reakcije za ustvarjanje hlapnih plinastih komponent (kot je SIC2). Visoka temperatura je nujen pogoj za spodbujanje sublimacijskih reakcij.

✔ transport plinske faze: Plinaste komponente se prevažajo iz sublimacijskega območja lončka do semenskega območja pod pogonom temperaturnega gradienta. Stabilnost pretoka plina določa enakomernost odlaganja.

✔ Kondenzacijska kristalizacija: Pri nižjih temperaturah se hlapne plinaste komponente združijo s površino kristala semena, da tvorijo trdne kristale. Ta postopek vključuje zapletene mehanizme termodinamike in kristalografije.

1.3 Ključni parametri za rast kristalov iz silicijevega karbida

Kakovostni kristali SIC zahtevajo natančen nadzor nad naslednjimi parametri:

✔ Temperatura: Sublimacijsko območje je treba ohraniti nad 2000 ℃, da se zagotovi popolna razgradnja prahu. Temperatura semenskega območja je nadzorovana pri 1600-1800 ℃, da se zagotovi zmerna stopnja nanašanja.

✔ Pritisk: Rast PVT se običajno izvaja v nizkotlačnem okolju 10-20 Torr, da se ohrani stabilnost transporta plinske faze. TOO visok ali prenizka tlak bo vodil do prehitre hitrosti rasti kristalov ali povečanih napak.

✔ vzdušje: Uporabite argon z visoko čistostjo kot nosilnim plinam, da se izognete nečistoč kontaminaciji med reakcijskim postopkom. Čistost atmosfere je ključnega pomena za zatiranje kristalnih napak.

✔ Čas: Čas rasti kristalov je običajno do več deset ur za doseganje enakomerne rasti in ustrezne debeline.

2. Kolikšna je struktura peči za rast silicijevega karbida?

Optimizacija strukture peči za rast silicijevega karbida se v glavnem osredotoča na visokotemperaturno ogrevanje, nadzor atmosfere, oblikovanje temperaturnega polja in sistem za spremljanje.

2.1 Glavne sestavine rastne peči

● Visokotemperaturni ogrevalni sistem

✔ Ogrevanje odpornosti: za neposredno zagotavljanje toplotne energije uporabite visokotemperaturno uporno žico (kot so molibden, volfram). Prednost je visoko temperaturna natančnost, vendar je življenjska doba pri visoki temperaturi omejena.

✔ Indukcijsko ogrevanje: Vrhunski tok segrevanje nastane v loncu z indukcijsko tuljavo. Ima prednosti visoke učinkovitosti in neprekinjenosti, vendar so stroški opreme razmeroma visoki.

● Grafit lonček in semenska postaja

✔ Grafitni lonček z visoko čistostjo zagotavlja visokotemperaturno stabilnost.

✔ Zasnova semenske postaje mora upoštevati enakomernost pretoka zraka in toplotno prevodnost.

● Naprava za nadzor atmosfere

✔ Opremljen s sistemom za dostavo plinov z visoko čistostjo in ventilom za uravnavanje tlaka, da se zagotovi čistost in stabilnost reakcijskega okolja.

● Zasnova enotnosti temperaturnega polja

✔ Z optimizacijo debeline lončeve stene, porazdelitve ogrevalnih elementov in strukture toplotnega ščita se doseže enakomerna porazdelitev temperaturnega polja, kar zmanjša vpliv toplotnega napetosti na kristal.

2.2 Temperaturno polje in zasnova toplotnega gradienta

✔ Pomen enakomernosti temperaturnega polja: Neenakomerno temperaturno polje bo privedlo do različnih lokalnih stopenj rasti in napak znotraj kristala. Enotnost temperaturnega polja je mogoče močno izboljšati z obročno zasnovo simetrije in optimizacijo toplotnega ščita.

✔ Natančen nadzor toplotnega gradienta: Prilagodite porazdelitev energije grelnikov in uporabite toplotne ščitnike, da ločite različna območja, da zmanjšate temperaturne razlike. Ker toplotni gradienti neposredno vplivajo na debelino kristala in kakovost površine.

2.3 Sistem spremljanja za proces rasti kristalov

✔ Spremljanje temperature: Za spremljanje temperaturne temperature vlaken za spremljanje temperature v realnem času sublimacijskega območja in semenskega območja. Sistem povratnih informacij podatkov lahko samodejno prilagodi ogrevalno moč.

✔ Spremljanje stopnje rasti: Za merjenje hitrosti rasti kristalne površine uporabite lasersko interferometrijo. Združite podatke o spremljanju z algoritmi modeliranja, da dinamično optimiziramo postopek.

3. Katere so tehnične težave silicijevega karbidnega kristalnega rasti peči?

Tehnična ozka grla silicijevega karbidnega kristalnega peči so koncentrirana predvsem v visokotemperaturnih materialih, temperaturnem nadzoru polja, zatiranju napak in širitvi velikosti.

3.1 Izbira in izzivi visokotemperaturnih materialov

Grafitje zlahka oksidiran pri izjemno visokih temperaturah inSic prevlekaje treba dodati za izboljšanje odpornosti na oksidacijo. Kakovost prevleke neposredno vpliva na življenjsko dobo peči.

Omejitev življenjske dobe in temperature ogrevalnih elementov. Žice z visoko temperaturo morajo imeti visoko odpornost na utrujenost. Indukcijska ogrevalna oprema mora optimizirati zasnovo odvajanja toplote tuljave.

3.2 Natančen nadzor temperature in toplotnega polja

Vpliv neenakomernega toplotnega polja bo privedel do povečanja napak in dislokacij zlaganja. Simulacijski model termičnega polja peči je treba optimizirati za vnaprej zaznavanje težav.

Zanesljivost visokotemperaturne opreme za spremljanje. Visokotemperaturni senzorji morajo biti odporni na sevanje in toplotni šok.

3.3 Nadzor kristalnih napak

Napake, dislokacije in polimorfni hibridi so glavne vrste napak. Optimizacija toplotnega polja in ozračja pomaga zmanjšati gostoto napak.

Nadzor virov nečistoč. Uporaba materialov z visoko čistostjo in tesnjenje peči sta ključnega pomena za zatiranje nečistoč.

3.4 Izzivi kristalne rasti velike velikosti

Zahteve enakomernosti toplotnega polja za širitev velikosti. Ko se velikost kristala razširi s 4 palcev na 8 palcev, je treba oblikovanje enakomernosti temperature polja v celoti nadgraditi.

Rešitev težav z razpokanjem in upogibanjem. Zmanjšajte kristalno deformacijo z zmanjšanjem gradienta toplotnega napetosti.

4. Katere so surovine za gojenje kakovostnih sic kristalov?

Vetek Semiconductor je razvil novo sic enojne kristalne surovine -Visoka čistost CVD sic surovine. Ta izdelek zapolnjuje domačo vrzel in je tudi na vodilni ravni po vsem svetu in bo v dolgoročnem vodilnem položaju v konkurenci. Tradicionalne surovine iz silicijevega karbida nastanejo z reakcijo silicija in grafita z visoko čistostjo, ki sta visoki stroški, nizki čistosti in majhni.

Tehnologija Fluidizirane postelje Vetek Semiconductor uporablja metiltriklorosilan za ustvarjanje surovin iz silicijevega karbida s kemičnim odlaganjem hlapov, glavni stranski proizvod pa je klorovodikova kislina. Klorovodikova kislina lahko tvori soli z nevtralizacijo z alkalijsko in ne bo povzročila onesnaženja okolju. 

Hkrati je metiltriklorosilan široko uporabljen industrijski plin z nizkimi stroški in širokimi viri, zlasti Kitajska je glavni proizvajalec metiltriklorosilana. Zato je velika čistost Vetek SemiconductorCVD sic surovinaima mednarodno vodilno konkurenčnost v smislu stroškov in kakovosti. Čistost visoke čistosti CVD sic surovine je večja od 99.9995%.

✔ Velika velikost in velika gostota: Povprečna velikost delcev je približno 4-10 mm, velikost delcev domačih achesonskih surovin pa <2,5 mm. Isti volumski lonček lahko vsebuje več kot 1,5 kg surovin, kar ugodno rešuje problem nezadostne oskrbe s kristalnimi materiali v veliki velikosti, kar ublaži graficiranje surovin, zmanjšanje zavijanja ogljika in izboljšanje kakovosti kristala.

✔ nizko razmerje Si/c: Bližje je 1: 1 kot achesonske surovine metode samo razmnoževanja, kar lahko zmanjša okvare, ki jih povzroča povečanje SI delnega tlaka.

✔ Visoka izhodna vrednost: Zravne surovine še vedno vzdržujejo prototip, zmanjšujejo rekristalizacijo, zmanjšujejo grafitizacijo surovin, zmanjšajo okvare zavijanja ogljika in izboljšajo kakovost kristalov.

✔ Večja čistost: Čistost surovin, ki nastanejo po metodi CVD, je večja kot pri achesonskih surovinah metode samo razmnoževanja. Vsebnost dušika je brez dodatnega čiščenja dosegla 0,09ppm. Ta surovina lahko igra tudi pomembno vlogo na polselirajočem področju.

✔ Nižji stroški: Enakomerna stopnja izhlapevanja olajša proces in nadzor kakovosti izdelka, hkrati pa izboljšuje stopnjo uporabe surovin (stopnja uporabe> 50%, 4,5 kg surovine proizvedejo 3,5 kg ingote), kar zmanjšuje stroške.

✔ Nizka stopnja človeških napak: Kemična odlaganje hlapov se izogne ​​nečistom, ki jih uvaja človeško delovanje.