Kaedah utama untuk penyediaan hablur tunggal silikon termasuk: Pengangkutan Wap Fizikal (PVT), Pertumbuhan Larutan Benih Atas (TSSG), dan Pemendapan Wap Kimia Suhu Tinggi (HT-CVD). Antaranya, kaedah PVT digunakan secara meluas dalam pengeluaran perindustrian kerana peralatannya yang mudah, kemudahan kawalan, dan kos peralatan serta operasi yang rendah.
Perkara Teknikal Utama untuk Pertumbuhan PVT Kristal Silikon Karbida
Apabila menumbuhkan kristal silikon karbida menggunakan kaedah Pengangkutan Wap Fizikal (PVT), aspek teknikal berikut mesti dipertimbangkan:
- Ketulenan Bahan Grafit dalam Ruang Pertumbuhan: Kandungan bendasing dalam komponen grafit mestilah di bawah 5×10⁻⁶, manakala kandungan bendasing dalam kain penebat mestilah di bawah 10×10⁻⁶. Unsur seperti B dan Al hendaklah dikekalkan di bawah 0.1×10⁻⁶.
- Pemilihan Kekutuban Kristal Benih yang Betul: Kajian empirikal menunjukkan bahawa permukaan C (0001) sesuai untuk menumbuhkan kristal 4H-SiC, manakala permukaan Si (0001) digunakan untuk menumbuhkan kristal 6H-SiC.
- Penggunaan Kristal Benih Luar Paksi: Kristal benih luar paksi boleh mengubah simetri pertumbuhan kristal, sekali gus mengurangkan kecacatan pada kristal.
- Proses Ikatan Kristal Benih Berkualiti Tinggi.
- Mengekalkan Kestabilan Antara Muka Pertumbuhan Kristal Semasa Kitaran Pertumbuhan.
Teknologi Utama untuk Pertumbuhan Kristal Silikon Karbida
- 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 hablur silikon karbida.
- Kawal orientasi pertumbuhan kristal, menjadikannya lebih seragam dan sekata.
- Menyekat pembentukan bendasing, 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 Radial
Kecerunan suhu paksi terutamanya mempengaruhi jenis dan kecekapan pertumbuhan kristal. Kecerunan suhu yang terlalu kecil boleh menyebabkan pembentukan polikristalin dan mengurangkan kadar pertumbuhan. Kecerunan suhu paksi dan jejari yang betul memudahkan pertumbuhan kristal SiC yang pesat sambil mengekalkan kualiti kristal yang stabil. - Teknologi Kawalan Dislokasi Satah Basal (BPD)
Kecacatan BPD terutamanya timbul apabila tegasan ricih dalam kristal melebihi tegasan ricih kritikal SiC, mengaktifkan sistem gelinciran. 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 merupakan langkah yang berkesan untuk menstabilkan pertumbuhan kristal tunggal. Nisbah karbon-kepada-silikon yang lebih tinggi mengurangkan percantuman langkah yang besar, memelihara maklumat pertumbuhan permukaan kristal biji benih dan menyekat pembentukan politip. - Teknologi Kawalan Tekanan Rendah
Tekanan semasa pertumbuhan kristal boleh menyebabkan lenturan satah kristal, yang membawa kepada kualiti kristal yang buruk atau keretakan. Tekanan yang tinggi juga meningkatkan kehelan satah basal, yang boleh menjejaskan kualiti lapisan epitaksi dan prestasi peranti secara negatif.
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 mangkuk pijar untuk membolehkan pertumbuhan kristal bebas dengan kekangan yang minimum.
- Ubah suai teknik penetapan kristal biji benih untuk mengurangkan ketidakpadanan pengembangan haba antara kristal biji benih dan pemegang grafit. Pendekatan biasa adalah dengan meninggalkan jurang 2 mm antara kristal biji benih dan pemegang grafit.
- Meningkatkan proses penyepuhlindapan dengan melaksanakan penyepuhlindapan relau in-situ, melaraskan suhu dan tempoh penyepuhlindapan untuk melepaskan sepenuhnya tekanan dalaman.
Trend Masa Depan dalam Teknologi Pertumbuhan Kristal Silikon Karbida
Ke hadapan, teknologi penyediaan kristal tunggal SiC berkualiti tinggi akan berkembang dalam arah berikut:
- Pertumbuhan Berskala Besar
Diameter hablur tunggal silikon karbida telah berkembang daripada beberapa milimeter kepada saiz 6 inci, 8 inci, dan juga saiz 12 inci yang lebih besar. Kristal SiC berdiameter besar meningkatkan kecekapan pengeluaran, mengurangkan kos, dan memenuhi permintaan peranti berkuasa tinggi. - Pertumbuhan Berkualiti Tinggi
Hablur tunggal SiC berkualiti tinggi adalah penting untuk peranti berprestasi tinggi. Walaupun kemajuan yang ketara telah dicapai, kecacatan seperti paip mikro, kehelan dan bendasing masih wujud, yang menjejaskan prestasi dan kebolehpercayaan peranti. - Pengurangan Kos
Kos penyediaan kristal SiC yang tinggi mengehadkan aplikasinya dalam bidang tertentu. Mengoptimumkan proses pertumbuhan, meningkatkan kecekapan pengeluaran dan mengurangkan kos bahan mentah dapat membantu mengurangkan perbelanjaan pengeluaran. - Pertumbuhan Pintar
Dengan kemajuan dalam AI dan data raya, teknologi pertumbuhan kristal SiC akan semakin menerima pakai penyelesaian pintar. Pemantauan dan kawalan masa nyata menggunakan sensor dan sistem automatik akan meningkatkan kestabilan dan kebolehkawalan proses. Di samping itu, analitik data raya dapat mengoptimumkan parameter pertumbuhan, meningkatkan kualiti kristal dan kecekapan pengeluaran.
Teknologi penyediaan hablur tunggal silikon karbida berkualiti tinggi merupakan fokus utama dalam penyelidikan bahan semikonduktor. Seiring kemajuan teknologi, teknik pertumbuhan hablur SiC akan terus berkembang, menyediakan asas yang kukuh untuk aplikasi dalam medan suhu tinggi, frekuensi tinggi dan kuasa tinggi.
Masa siaran: 25 Julai 2025