Pertimbangan Utama untuk Penyediaan Kristal Tunggal Silikon Karbida Berkualiti Tinggi

Kaedah utama untuk penyediaan kristal tunggal silikon termasuk: Pengangkutan Wap Fizikal (PVT), Pertumbuhan Penyelesaian Benih Teratas (TSSG), dan Pemendapan Wap Kimia Suhu Tinggi (HT-CVD). Antaranya, kaedah PVT digunakan secara meluas dalam pengeluaran perindustrian kerana peralatannya yang ringkas, kemudahan kawalan, dan peralatan serta kos operasi yang rendah.

Perkara Teknikal Utama untuk Pertumbuhan PVT Kristal Silikon Karbida

Apabila menanam kristal silikon karbida menggunakan kaedah Pengangkutan Wap Fizikal (PVT), aspek teknikal berikut mesti dipertimbangkan:

1. Ketulenan Bahan Grafit dalam Ruang Pertumbuhan: Kandungan kekotoran dalam komponen grafit mestilah di bawah 5×10⁻⁶, manakala kandungan kekotoran dalam penebat yang dirasai mestilah di bawah 10×10⁻⁶. Elemen seperti B dan Al hendaklah dikekalkan di bawah 0.1×10⁻⁶.
2. Pemilihan Kekutuban Kristal Benih yang Betul: Kajian empirikal menunjukkan bahawa muka C (0001) sesuai untuk menumbuhkan kristal 4H-SiC, manakala muka Si (0001) digunakan untuk menumbuhkan kristal 6H-SiC.
3. Penggunaan Kristal Benih Luar Paksi: Kristal benih luar paksi boleh mengubah simetri pertumbuhan kristal, mengurangkan kecacatan pada kristal.
4. Proses Ikatan Kristal Benih Berkualiti Tinggi.
5. Mengekalkan Kestabilan Antara Muka Pertumbuhan Kristal Semasa Kitaran Pertumbuhan.

Teknologi Utama untuk Pertumbuhan Kristal Silicon Carbide

1. Teknologi Doping untuk Serbuk Silikon Karbida
   Doping serbuk silikon karbida dengan jumlah Ce yang sesuai boleh menstabilkan pertumbuhan hablur tunggal 4H-SiC. Keputusan praktikal menunjukkan bahawa doping Ce boleh:

• Meningkatkan kadar pertumbuhan kristal silikon karbida.
• Kawal orientasi pertumbuhan kristal, menjadikannya lebih seragam dan teratur.
• Menekan pembentukan kekotoran, mengurangkan kecacatan dan memudahkan penghasilan kristal tunggal dan kristal berkualiti tinggi.
• Menghalang kakisan bahagian belakang kristal dan meningkatkan hasil kristal tunggal.

• Teknologi Kawalan Kecerunan Suhu Paksi dan Jejari
  Kecerunan suhu paksi terutamanya mempengaruhi jenis pertumbuhan kristal dan kecekapan. Kecerunan suhu yang terlalu kecil boleh menyebabkan pembentukan polihabluran dan mengurangkan kadar pertumbuhan. Kecerunan suhu paksi dan jejarian yang betul memudahkan pertumbuhan kristal SiC yang cepat sambil mengekalkan kualiti kristal yang stabil.
• Teknologi Kawalan Kehelan Satah Basal (BPD).
  Kecacatan BPD terutamanya timbul apabila tegasan ricih dalam kristal melebihi tegasan ricih kritikal SiC, mengaktifkan sistem gelincir. Oleh kerana BPD berserenjang dengan arah pertumbuhan kristal, ia terbentuk terutamanya semasa pertumbuhan dan penyejukan kristal.
• Teknologi Pelarasan Nisbah Komposisi Fasa Wap
  Meningkatkan nisbah karbon kepada silikon dalam persekitaran pertumbuhan adalah langkah yang berkesan untuk menstabilkan pertumbuhan kristal tunggal. Nisbah karbon-ke-silikon yang lebih tinggi mengurangkan tandan langkah besar, mengekalkan maklumat pertumbuhan permukaan kristal benih, dan menyekat pembentukan polytype.
• Teknologi Kawalan Tekanan Rendah
  Tekanan semasa pertumbuhan kristal boleh menyebabkan lenturan satah kristal, membawa kepada kualiti kristal yang lemah atau bahkan retak. Tekanan tinggi juga meningkatkan kehelan satah basal, yang boleh menjejaskan kualiti lapisan epitaxial dan prestasi peranti.

Imej pengimbasan wafer SiC 6 inci

Kaedah untuk Mengurangkan Tekanan dalam Kristal:

• Laraskan taburan medan suhu dan parameter proses untuk membolehkan pertumbuhan hampir keseimbangan bagi hablur tunggal SiC.
• Optimumkan struktur pijar untuk membolehkan pertumbuhan kristal bebas dengan kekangan yang minimum.
• Ubah suai teknik penetapan kristal benih untuk mengurangkan ketidakpadanan pengembangan haba antara kristal benih dan pemegang grafit. Pendekatan biasa ialah meninggalkan jurang 2 mm antara kristal benih dan pemegang grafit.
• Meningkatkan proses penyepuhlindapan dengan melaksanakan penyepuhlindapan in-situ, melaraskan suhu dan tempoh penyepuhlindapan untuk melepaskan tekanan dalaman sepenuhnya.

Trend Masa Depan dalam Teknologi Pertumbuhan Kristal Silicon Carbide

Memandang ke hadapan, teknologi penyediaan kristal tunggal SiC berkualiti tinggi akan berkembang mengikut arah berikut:

1. Pertumbuhan Berskala Besar
   Diameter kristal tunggal silikon karbida telah berkembang daripada beberapa milimeter kepada saiz 6-inci, 8-inci, malah lebih besar 12-inci. Kristal SiC berdiameter besar meningkatkan kecekapan pengeluaran, mengurangkan kos dan memenuhi permintaan peranti berkuasa tinggi.
2. Pertumbuhan Berkualiti Tinggi
   Kristal tunggal SiC berkualiti tinggi adalah penting untuk peranti berprestasi tinggi. Walaupun kemajuan ketara telah dicapai, kecacatan seperti paip mikro, kehelan dan kekotoran masih wujud, menjejaskan prestasi dan kebolehpercayaan peranti.
3. Pengurangan Kos
   Kos penyediaan kristal SiC yang tinggi mengehadkan penggunaannya dalam bidang tertentu. Mengoptimumkan proses pertumbuhan, meningkatkan kecekapan pengeluaran dan mengurangkan kos bahan mentah boleh membantu mengurangkan perbelanjaan pengeluaran.
4. Pertumbuhan Pintar
   Dengan kemajuan dalam AI dan data besar, teknologi pertumbuhan kristal SiC akan semakin menerima pakai penyelesaian pintar. Pemantauan dan kawalan masa nyata menggunakan penderia dan sistem automatik akan meningkatkan kestabilan dan kebolehkawalan proses. Selain itu, analitik data besar boleh mengoptimumkan parameter pertumbuhan, meningkatkan kualiti kristal dan kecekapan pengeluaran.

Teknologi penyediaan kristal tunggal silikon karbida berkualiti tinggi adalah fokus utama dalam penyelidikan bahan semikonduktor. Dengan kemajuan teknologi, teknik pertumbuhan kristal SiC akan terus berkembang, menyediakan asas yang kukuh untuk aplikasi dalam medan suhu tinggi, frekuensi tinggi dan berkuasa tinggi.