Kaedah utama untuk menumbuhkan hablur tunggal silikon karbida termasuk Pengangkutan Wap Fizikal (PVT), Pertumbuhan Larutan Benih Atas (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 operasi dan kawalan, serta kos peralatan dan operasi yang lebih rendah.

---

Perkara Teknikal Utama Pertumbuhan Kristal SiC Menggunakan Kaedah PVT

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

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

2. Kekutuban Kristal Benih yang Betul
   Data empirikal menunjukkan bahawa permukaan-C (0001) sesuai untuk menumbuhkan kristal 4H-SiC, manakala permukaan-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 yang Boleh Dipercayai
   Ikatan yang betul antara hablur biji benih dan pemegangnya adalah penting untuk kestabilan semasa pertumbuhan.

5. Mengekalkan Kestabilan Antara Muka Pertumbuhan
   Sepanjang kitaran pertumbuhan kristal, antara muka pertumbuhan mesti kekal stabil untuk memastikan perkembangan kristal yang berkualiti tinggi.

 

---

Teknologi Teras dalam Pertumbuhan Kristal SiC

1. Teknologi Doping untuk Serbuk SiC

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

• Meningkatkan kadar pertumbuhan hablur SiC;

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

• Mengurangkan kekotoran dan kecacatan;

• Menyekat kakisan bahagian belakang kristal;

• Meningkatkan kadar hasil kristal tunggal.

2. Kawalan Kecerunan Terma Paksi dan Radial

Kecerunan suhu paksi memberi kesan kepada politaip dan kadar pertumbuhan kristal. Kecerunan yang terlalu kecil boleh menyebabkan kemasukan politaip dan pengurangan 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 Dislokasi Satah Basal (BPD)

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

4. Kawalan Nisbah Komposisi Fasa Wap

Meningkatkan nisbah karbon-kepada-silikon dalam fasa wap merupakan kaedah yang terbukti untuk menggalakkan pertumbuhan politip tunggal. Nisbah C/Si yang tinggi mengurangkan percantuman makrolangkah dan mengekalkan pewarisan permukaan daripada kristal benih, sekali gus menyekat pembentukan politip yang tidak diingini.

5. Teknik Pertumbuhan Tekanan Rendah

Tekanan semasa pertumbuhan kristal boleh menyebabkan satah kekisi melengkung, retakan dan ketumpatan BPD yang lebih tinggi. Kecacatan ini boleh dibawa ke lapisan epitaksi dan memberi kesan negatif kepada prestasi peranti.

Beberapa strategi untuk mengurangkan tekanan kristal dalaman termasuk:

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

• Mengoptimumkan reka bentuk mangkuk pijar untuk membolehkan kristal tumbuh bebas tanpa kekangan mekanikal;

• Memperbaiki 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, membolehkan kristal menyejuk bersama relau, dan melaraskan suhu dan tempoh untuk melegakan tekanan dalaman sepenuhnya.

---

Trend dalam Teknologi Pertumbuhan Kristal SiC

1. Saiz Kristal yang Lebih Besar
Diameter hablur tunggal SiC telah meningkat daripada hanya beberapa milimeter kepada wafer 6 inci, 8 inci, malah 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 penambahbaikan yang ketara, kristal semasa masih menunjukkan kecacatan seperti paip mikro, kehelan dan bendasing, yang semuanya boleh menjejaskan 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, peningkatan 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 raya, pertumbuhan kristal SiC sedang menuju ke arah proses pintar dan automatik. Sensor dan sistem kawalan boleh memantau dan melaraskan keadaan pertumbuhan dalam masa nyata, meningkatkan kestabilan dan kebolehramalan proses. Analisis data boleh mengoptimumkan lagi parameter proses dan kualiti kristal.

Pembangunan teknologi pertumbuhan kristal tunggal SiC berkualiti tinggi merupakan tumpuan utama dalam penyelidikan bahan semikonduktor. Seiring kemajuan teknologi, kaedah pertumbuhan kristal akan terus berkembang dan bertambah baik, menyediakan asas yang kukuh untuk aplikasi SiC dalam peranti elektronik suhu tinggi, frekuensi tinggi dan berkuasa tinggi.