Kaedah utama untuk menanam kristal tunggal silikon karbida termasuk Pengangkutan Wap Fizikal (PVT), Pertumbuhan Penyelesaian Benih Teratas (TSSG), dan Pemendapan Wap Kimia Suhu Tinggi (HT-CVD).

Antaranya, kaedah PVT telah menjadi teknik utama untuk pengeluaran perindustrian kerana persediaan peralatannya yang agak mudah, kemudahan pengendalian dan kawalan, serta peralatan dan kos operasi yang lebih rendah.

---

Titik Teknikal Utama Pertumbuhan Kristal SiC Menggunakan Kaedah PVT

Untuk mengembangkan kristal silikon karbida menggunakan kaedah PVT, beberapa aspek teknikal mesti dikawal dengan teliti:

1. Ketulenan Bahan Grafit dalam Medan Terma
   Bahan grafit yang digunakan dalam medan haba pertumbuhan kristal mesti memenuhi keperluan ketulenan yang ketat. Kandungan kekotoran dalam komponen grafit hendaklah di bawah 5×10⁻⁶, dan untuk penebat felt di bawah 10×10⁻⁶. Khususnya, kandungan boron (B) dan aluminium (Al) masing-masing mestilah di bawah 0.1×10⁻⁶.

2. Polariti Kristal Benih yang betul
   Data empirikal menunjukkan bahawa muka-C (0001) sesuai untuk mengembangkan kristal 4H-SiC, manakala muka-Si (0001) sesuai untuk pertumbuhan 6H-SiC.

3. Penggunaan Kristal Benih Luar Paksi
   Benih luar paksi boleh mengubah simetri pertumbuhan, mengurangkan kecacatan kristal, dan menggalakkan kualiti kristal yang lebih baik.

4. Teknik Ikatan Kristal Benih Dipercayai
   Ikatan yang betul antara kristal benih dan pemegang adalah penting untuk kestabilan semasa pertumbuhan.

5. Mengekalkan Kestabilan Antara Muka Pertumbuhan
   Semasa keseluruhan kitaran pertumbuhan kristal, antara muka pertumbuhan mesti kekal stabil untuk memastikan pembangunan kristal berkualiti tinggi.

 

---

Teknologi Teras dalam Pertumbuhan Kristal SiC

1. Teknologi Doping untuk Serbuk SiC

Doping serbuk SiC dengan serium (Ce) boleh menstabilkan pertumbuhan politip tunggal seperti 4H-SiC. Amalan telah menunjukkan bahawa doping Ce boleh:

• Meningkatkan kadar pertumbuhan kristal SiC;

• Meningkatkan orientasi kristal untuk pertumbuhan yang lebih seragam dan berarah;

• Mengurangkan kekotoran dan kecacatan;

• Sekat kakisan bahagian belakang kristal;

• Tingkatkan kadar hasil kristal tunggal.

2. Kawalan Kecerunan Terma Paksi dan Jejari

Kecerunan suhu paksi memberi kesan kepada politaip kristal dan kadar pertumbuhan. Kecerunan yang terlalu kecil boleh membawa kepada kemasukan polytype dan mengurangkan pengangkutan bahan dalam fasa wap. Mengoptimumkan kedua-dua kecerunan paksi dan jejari adalah penting untuk pertumbuhan kristal yang cepat dan stabil dengan kualiti yang konsisten.

3. Teknologi Kawalan Kehelan Satah Basal (BPD).

BPD terbentuk terutamanya disebabkan oleh tegasan ricih melebihi ambang kritikal dalam kristal SiC, mengaktifkan sistem gelincir. Oleh kerana BPD berserenjang dengan arah pertumbuhan, ia biasanya timbul semasa pertumbuhan kristal dan penyejukan. Meminimumkan tekanan dalaman boleh mengurangkan ketumpatan BPD dengan ketara.

4. Kawalan Nisbah Komposisi Fasa Wap

Meningkatkan nisbah karbon kepada silikon dalam fasa wap adalah kaedah yang terbukti untuk menggalakkan pertumbuhan politaip tunggal. Nisbah C/Si yang tinggi mengurangkan tandan makrostep dan mengekalkan pewarisan permukaan daripada hablur benih, sekali gus menyekat pembentukan politip yang tidak diingini.

5. Teknik Pertumbuhan Tekanan Rendah

Tekanan semasa pertumbuhan kristal boleh menyebabkan satah kekisi melengkung, retak dan ketumpatan BPD yang lebih tinggi. Kecacatan ini boleh dibawa ke lapisan epitaxial dan menjejaskan prestasi peranti secara negatif.

Beberapa strategi untuk mengurangkan tekanan kristal dalaman termasuk:

• Melaraskan taburan medan haba dan parameter proses untuk menggalakkan pertumbuhan hampir keseimbangan;

• Mengoptimumkan reka bentuk pijar untuk membolehkan kristal berkembang dengan bebas tanpa kekangan mekanikal;

• Memperbaik konfigurasi pemegang benih untuk mengurangkan ketidakpadanan pengembangan haba antara benih dan grafit semasa pemanasan, selalunya dengan meninggalkan jurang 2 mm antara benih dan pemegang;

• Menapis proses penyepuhlindapan, membenarkan kristal menyejuk dengan relau, dan melaraskan suhu dan tempoh untuk melegakan tekanan dalaman sepenuhnya.

---

Trend dalam Teknologi Pertumbuhan Kristal SiC

1. Saiz Kristal yang Lebih Besar
Diameter kristal tunggal SiC telah meningkat daripada hanya beberapa milimeter kepada wafer 6 inci, 8 inci dan juga 12 inci. Wafer yang lebih besar meningkatkan kecekapan pengeluaran dan mengurangkan kos, sambil memenuhi permintaan aplikasi peranti berkuasa tinggi.

2. Kualiti Kristal yang Lebih Tinggi
Kristal SiC berkualiti tinggi adalah penting untuk peranti berprestasi tinggi. Walaupun terdapat peningkatan yang ketara, kristal semasa masih menunjukkan kecacatan seperti paip mikro, kehelan dan kekotoran, yang kesemuanya boleh merendahkan prestasi dan kebolehpercayaan peranti.

3. Pengurangan Kos
Pengeluaran kristal SiC masih agak mahal, mengehadkan penggunaan yang lebih luas. Mengurangkan kos melalui proses pertumbuhan yang dioptimumkan, meningkatkan kecekapan pengeluaran dan kos bahan mentah yang lebih rendah adalah penting untuk mengembangkan aplikasi pasaran.

4. Pembuatan Pintar
Dengan kemajuan dalam kecerdasan buatan dan teknologi data besar, pertumbuhan kristal SiC sedang bergerak ke arah proses yang pintar dan automatik. Penderia dan sistem kawalan boleh memantau dan melaraskan keadaan pertumbuhan dalam masa nyata, meningkatkan kestabilan proses dan kebolehramalan. Analisis data boleh mengoptimumkan lagi parameter proses dan kualiti kristal.

Pembangunan teknologi pertumbuhan kristal tunggal SiC berkualiti tinggi adalah tumpuan utama dalam penyelidikan bahan semikonduktor. Apabila teknologi semakin maju, kaedah pertumbuhan kristal akan terus berkembang dan bertambah baik, menyediakan asas yang kukuh untuk aplikasi SiC dalam peranti elektronik bersuhu tinggi, frekuensi tinggi dan berkuasa tinggi.