Επισκόπηση της τεχνολογίας ανάπτυξης μονοκρυστάλλων SiC

Επισκόπηση της τεχνολογίας ανάπτυξης μονοκρυστάλλων SiC

1Εισαγωγή

Τα μονοκρυστάλλια του καρβιδίου του πυριτίου (SiC) έχουν προσελκύσει ευρεία προσοχή τα τελευταία χρόνια λόγω της ανώτερης απόδοσής τους σε υψηλές θερμοκρασίες, ανθεκτικές στην φθορά,και εφαρμογές ηλεκτρονικών συσκευών υψηλής ισχύοςΜεταξύ των διαφόρων μεθόδων προετοιμασίας, η μέθοδος υπολίμανσης (Physical Vapor Transport, PVT) είναι επί του παρόντος η κύρια μέθοδος για την καλλιέργεια μονοκρυστάλλων SiC, αν και άλλες πιθανές τεχνικές καλλιέργειας,όπως η ανάπτυξη υγρής φάσης και η χημική εναπόθεση ατμών υψηλής θερμοκρασίας (CVD)Αυτό το άρθρο θα παρέχει μια επισκόπηση των μεθόδων ανάπτυξης μονοκρυστάλλων SiC, τα πλεονεκτήματά τους και τις προκλήσεις τους, και θα συζητήσει τη μέθοδο RAF ως προηγμένη τεχνική για τη μείωση των ελαττωμάτων.

2Αρχές και εφαρμογές της μεθόδου υπολίμανσης

Δεδομένου ότι δεν υπάρχει στεχυομετρική υγρή φάση SiC με αναλογία 1:1 Si-C υπό κανονική πίεση,η μέθοδος ανάπτυξης του λιωμένου που χρησιμοποιείται συνήθως για την ανάπτυξη μονοκρυστάλλων πυριτίου δεν μπορεί να εφαρμοστεί άμεσα στην παραγωγή χύδην κρυστάλλων SiCΗ μέθοδος αυτή χρησιμοποιεί σκόνη SiC ως πρώτη ύλη, τοποθετημένη σε χωνευτήρα γραφίτη και υπόστρωμα SiC ως κρύσταλλο σπόρου.Μια κλίση θερμοκρασίαςΗ συνολική θερμοκρασία διατηρείται συνήθως μεταξύ 2000 και 2500 °C.

Το σχήμα 1 δείχνει ένα σχήμα ανάπτυξης μονοκρυστάλλων SiC χρησιμοποιώντας τη τροποποιημένη μέθοδο Lely.σε θερμοκρασίες άνω των 2000°C μέσα σε χωνευτήρα γραφίτηΤα μόρια αυτά μεταφέρονται στη συνέχεια στην επιφάνεια του κρυστάλλου σπόρου σε μια αδρανή ατμόσφαιρα (συνήθως αργόν χαμηλής πίεσης).Τα άτομα διαχέονται σε όλη την επιφάνεια του κρυστάλλου του σπόρου και ενσωματώνονται σε σημεία ανάπτυξηςΤο άζωτο μπορεί να εισαχθεί κατά τη διάρκεια της ντόπινγκ n-τύπου.

3- Τα πλεονεκτήματα και οι προκλήσεις της μεθόδου υπολίμανσης

Η μέθοδος υπολίμανσης χρησιμοποιείται σήμερα ευρέως για την παρασκευή μονοκρυστάλλων SiC.ο ρυθμός ανάπτυξης των κρυστάλλων SiC είναι σχετικά αργόςΕνώ η ποιότητα βελτιώνεται σταδιακά, οι κρύσταλλοι εξακολουθούν να περιέχουν μεγάλο αριθμό εκτοπίσεις και άλλα ελαττώματα.Μέσω της συνεχούς βελτιστοποίησης της κλίσης θερμοκρασίας και της μεταφοράς υλικού, ορισμένα ελαττώματα έχουν ελεγχθεί αποτελεσματικά.

4Μέθοδος ανάπτυξης υγρής φάσης

Η μέθοδος ανάπτυξης υγρής φάσης περιλαμβάνει την ανάπτυξη SiC μέσω ενός διαλύματος.Τα στοιχεία όπως το τιτάνιο και το χρώμιο προστίθενται συνήθως στο διαλύτη για την αύξηση της διαλυτότητας του άνθρακαΤο άνθρακα τροφοδοτείται από ένα χωνευτήρι γραφίτη και η θερμοκρασία στην επιφάνεια του κρυστάλλου σπόρου είναι σχετικά χαμηλότερη.χαμηλότερη από εκείνη της μεθόδου υπολίμανσηςΟ ρυθμός ανάπτυξης της υγρής φάσης μπορεί να φθάσει αρκετές εκατοντάδες μικρομέτρα την ώρα.

Ένα σημαντικό πλεονέκτημα της μεθόδου ανάπτυξης υγρής φάσης είναι η ικανότητά της να μειώνει σημαντικά την πυκνότητα των εκτοπισμών βίδες που εκτείνονται κατά μήκος της κατεύθυνσης [0001].Αυτές οι εκτοπίσεις είναι πυκνά παρόντες σε υφιστάμενους κρυστάλλους SiC και αποτελούν βασική πηγή ροής διαρροής σε συσκευέςΧρησιμοποιώντας τη μέθοδο ανάπτυξης υγρής φάσης, αυτές οι βίδες εκτοξεύονται στην κάθετη κατεύθυνση και σαρώνουν έξω από τον κρύσταλλο μέσω των πλευρικών τοιχωμάτων,μειώνει σημαντικά την πυκνότητα εξάρθρωσης στα κρύσταλλα SiC.

Οι προκλήσεις της ανάπτυξης υγρής φάσης περιλαμβάνουν την αύξηση του ρυθμού ανάπτυξης, την επέκταση του μήκους των κρυστάλλων και τη βελτίωση της μορφολογίας της επιφάνειας των κρυστάλλων.

5Μέθοδος CVD υψηλής θερμοκρασίας

Η μέθοδος CVD υψηλής θερμοκρασίας είναι μια άλλη τεχνική που χρησιμοποιείται για την παραγωγή μονοκρυστάλλων SiC. Η μέθοδος αυτή διεξάγεται σε ατμόσφαιρα υδρογόνου χαμηλής πίεσης,με SiH4 και C3H8 να χρησιμεύουν ως κύτταρα πυριτίου και άνθρακαΔιατηρώντας το υπόστρωμα SiC σε θερμοκρασίες άνω των 2000°C,τα αέρια προέλευσης διασπώνται σε μόρια όπως SiC2 και Si2C στη ζώνη διάσπασης με θερμό τοίχωμα και μεταφέρονται στην επιφάνεια του κρυστάλλου σπόρου, όπου σχηματίζουν ένα μονοκρυσταλλικό στρώμα.

Τα κύρια πλεονεκτήματα της μεθόδου CVD υψηλής θερμοκρασίας περιλαμβάνουν τη χρήση ακατέργαστων αερίων υψηλής καθαρότητας και τον ακριβή έλεγχο της αναλογίας C/Si στη φάση αερίου με ρύθμιση της ταχύτητας ροής του αερίου.Αυτός ο έλεγχος είναι ζωτικής σημασίας για τη διαχείριση της πυκνότητας ελαττώματος στο κρύσταλλοΕπιπλέον, ο ρυθμός ανάπτυξης του χύδην SiC μπορεί να υπερβαίνει το 1 mm ανά ώρα.που αυξάνει τη δυσκολία συντήρησηςΕπιπλέον, οι αέριας φάσης αντιδράσεις παράγουν σωματίδια που μπορούν να ενσωματωθούν στον κρύσταλλο ως ακαθαρσίες.

Η μέθοδος CVD υψηλής θερμοκρασίας διαθέτει σημαντικές δυνατότητες για την παραγωγή υψηλής ποιότητας κρυστάλλων SiC σε χύδη.και μειωμένη πυκνότητα εκτόξευσης σε σύγκριση με τη μέθοδο υπολίμανσης.

6Μέθοδος RAF: Προηγμένη τεχνική για τη μείωση των ελαττωμάτων

Η μέθοδος RAF (Repeated A-Face) μειώνει τα ελαττώματα στους κρυστάλλους SiC με επαναλαμβανόμενη κοπή των κρυστάλλων σπόρων.ένας κρυστάλλος σπόρων κοπεί κάθετο προς την κατεύθυνση [0001] λαμβάνεται από έναν κρυστάλλιο που καλλιεργείται κατά μήκος της κατεύθυνσης [0001]Στη συνέχεια, ένας άλλος κρύσταλλος σπόρου κόβεται κάθετα προς αυτή τη νέα κατεύθυνση ανάπτυξης, και περαιτέρω κρύσταλλοι SiC αναπτύσσονται.Οι εκτοπίσεις διαγράφονται σταδιακά από τον κρύσταλλο., με αποτέλεσμα να παράγονται χύδοι SiC με σημαντικά λιγότερα ελαττώματα.Έχει αναφερθεί ότι η πυκνότητα εξάρθρωσης των μονοκρυστάλλων SiC που παράγονται με τη μέθοδο RAF είναι 1 έως 2 τάξεις μεγέθους χαμηλότερη από εκείνη των τυποποιημένων κρυστάλλων SiC..

7Συμπεράσματα

Η τεχνολογία προετοιμασίας μονοκρυστάλλων SiC εξελίσσεται προς τα πιο γρήγορα ποσοστά ανάπτυξης, μειωμένη πυκνότητα εκτόπισής και υψηλότερη παραγωγικότητα.και υψηλής θερμοκρασίας μέθοδος CVD κάθε έχουν τα πλεονεκτήματα και τις προκλήσεις τουςΜε την εφαρμογή νέων τεχνολογιών όπως η μέθοδος RAF, η ποιότητα των κρυστάλλων SiC συνεχίζει να βελτιώνεται.με περαιτέρω βελτιστοποίηση των διαδικασιών και βελτιώσεις στον εξοπλισμό, αναμένεται να ξεπεραστούν τα τεχνικά προβλήματα στην ανάπτυξη των κρυστάλλων SiC.

Λύση ZMSH για τη βελτίωση της παραγωγής και της ποιότητας των Wafer SiC

8 ιντσών 200mm 4H-N SiC Wafer Conductive Dummy Grade N-Type Έρευνα

Το σφαιρίδιο του καρβιδίου του πυριτίου χρησιμοποιείται κυρίως στην παραγωγή διόδου SCHOttky, μεταλλικού οξειδίου ημιαγωγού τρανζίστορ με επίδραση πεδίου, τρανζίστορ επίδρασης πεδίου συνδυασμού, διπολικό τρανζίστορ συνδυασμού, θυρίστορ,Θυρίστορας σβήσης και διπολική απομονωμένη πύλη

Για εφαρμογές μικροηλεκτρονικών ή MEMS, επικοινωνήστε μαζί μας για λεπτομερείς προδιαγραφές.