Cunsiderazioni chjave per a preparazione di monocristalli di carburo di siliciu di alta qualità

I principali metudi per a preparazione di monocristalli di siliciu includenu: Trasportu Fisicu di Vapore (PVT), Crescita di Soluzione Top-Seeded (TSSG) è Deposizione Chimica di Vapore à Alta Temperatura (HT-CVD). Frà questi, u metudu PVT hè largamente aduttatu in a pruduzzione industriale per via di a so simplicità di l'equipaggiu, a facilità di cuntrollu è i bassi costi di l'equipaggiu è operativi.

Punti tecnichi chjave per a crescita PVT di cristalli di carburo di siliciu

Quandu si crescenu cristalli di carburo di siliciu cù u metudu di Trasportu Fisicu di Vapore (PVT), i seguenti aspetti tecnichi devenu esse cunsiderati:

1. Purezza di i Materiali di Grafite in a Camera di Crescita: U cuntenutu d'impurità in i cumpunenti di grafite deve esse inferiore à 5 × 10⁻⁶, mentre chì u cuntenutu d'impurità in u feltru isolante deve esse inferiore à 10 × 10⁻⁶. Elementi cum'è B è Al devenu esse mantenuti sottu à 0,1 × 10⁻⁶.
2. Selezzione curretta di a polarità di u cristallu di sumente: Studi empirichi mostranu chì a faccia C (0001) hè adatta per a crescita di cristalli 4H-SiC, mentre chì a faccia Si (0001) hè aduprata per a crescita di cristalli 6H-SiC.
3. Usu di Cristalli di Seme Fora d'Asse: I cristalli di seme fora d'asse ponu alterà a simmetria di a crescita di u cristallu, riducendu i difetti in u cristallu.
4. Prucessu di legame di cristalli di sementi di alta qualità.
5. Mantene a stabilità di l'interfaccia di crescita cristallina durante u ciclu di crescita.

Tecnulugie chjave per a crescita di cristalli di carburo di siliciu

1. Tecnulugia di doping per a polvere di carburo di siliciu
   U dopaggiu di a polvere di carburo di siliciu cù una quantità adatta di Ce pò stabilizà a crescita di monocristalli 4H-SiC. I risultati pratichi mostranu chì u dopaggiu di Ce pò:

• Aumentà a velocità di crescita di i cristalli di carburo di siliciu.
• Cuntrullà l'orientazione di a crescita di i cristalli, rendendula più uniforme è regulare.
• Supprime a furmazione di impurità, riducendu i difetti è facilitendu a pruduzzione di cristalli monocristallini è di alta qualità.
• Inibisce a corrosione posteriore di u cristallu è migliurà u rendimentu di u monocristallu.

• Tecnulugia di cuntrollu di gradiente di temperatura assiale è radiale
  U gradiente di temperatura assiale affetta principalmente u tipu è l'efficienza di crescita di u cristallu. Un gradiente di temperatura eccessivamente chjucu pò purtà à a furmazione di policristallini è riduce i tassi di crescita. I gradienti di temperatura assiali è radiali adatti facilitanu a crescita rapida di u cristallu di SiC mantenendu una qualità di cristallu stabile.
• Tecnulugia di cuntrollu di a dislocazione di u pianu basale (BPD)
  I difetti di BPD si verificanu principalmente quandu a tensione di cisaillementu in u cristallu supera a tensione di cisaillementu critica di SiC, attivendu i sistemi di scivolamentu. Siccomu i BPD sò perpendiculari à a direzzione di crescita di u cristallu, si formanu principalmente durante a crescita è u raffreddamentu di u cristallu.
• Tecnulugia di regulazione di u rapportu di cumpusizione di a fase di vapore
  Aumentà u rapportu carbone-siliciu in l'ambiente di crescita hè una misura efficace per stabilizà a crescita di monocristalli. Un rapportu carbone-siliciu più altu riduce u raggruppamentu à grandi passi, cunserva l'infurmazioni di crescita di a superficia di u cristallu di semente è sopprime a furmazione di politipi.
• Tecnulugia di cuntrollu di bassu stress
  U stress durante a crescita di i cristalli pò causà a piegatura di i piani cristallini, purtendu à una scarsa qualità di i cristalli o ancu à screpolature. Un stress elevatu aumenta ancu e dislocazioni di u pianu basale, chì ponu influenzà negativamente a qualità di u stratu epitassiale è e prestazioni di u dispusitivu.

Imagine di scansione di wafer SiC di 6 pollici

Metodi per riduce u stress in i cristalli:

• Ajustà a distribuzione di u campu di temperatura è i parametri di prucessu per permette una crescita quasi in equilibriu di monocristalli di SiC.
• Ottimizà a struttura di u crogiolu per permette a crescita libera di i cristalli cù vincoli minimi.
• Mudificà e tecniche di fissazione di u cristallu di sementi per riduce a discrepanza di dilatazione termica trà u cristallu di sementi è u supportu di grafite. Un approcciu cumunu hè di lascià un spaziu di 2 mm trà u cristallu di sementi è u supportu di grafite.
• Migliurà i prucessi di ricottura implementendu a ricottura in fornu in situ, aghjustendu a temperatura è a durata di a ricottura per liberà cumpletamente u stress internu.

Tendenze future in a tecnulugia di crescita di cristalli di carburo di siliciu

Guardendu in u futuru, a tecnulugia di preparazione di monocristalli SiC di alta qualità si svilupperà in e seguenti direzzione:

1. Crescita à grande scala
   U diametru di i monocristalli di carburo di siliciu hè evolutu da pochi millimetri à dimensioni di 6 pollici, 8 pollici è ancu più grande di 12 pollici. I cristalli SiC di grande diametru migliuranu l'efficienza di a produzzione, riducenu i costi è rispondenu à e esigenze di i dispositivi di alta putenza.
2. Crescita di alta qualità
   I monocristalli di SiC di alta qualità sò essenziali per i dispositivi ad alte prestazioni. Ancu s'è sò stati fatti progressi significativi, difetti cum'è microtubi, dislocazioni è impurità esistenu sempre, affettendu e prestazioni è l'affidabilità di u dispositivu.
3. Riduzione di i costi
   L'altu costu di a preparazione di cristalli di SiC limita a so applicazione in certi campi. L'ottimisazione di i prucessi di crescita, u miglioramentu di l'efficienza di a pruduzzione è a riduzione di i costi di e materie prime ponu aiutà à riduce e spese di pruduzzione.
4. Crescita Intelligente
   Cù i progressi in l'IA è i big data, a tecnulugia di crescita di cristalli SiC adutterà sempre di più suluzioni intelligenti. U monitoraghju è u cuntrollu in tempu reale cù sensori è sistemi automatizati migliuraranu a stabilità è a cuntrollabilità di u prucessu. Inoltre, l'analisi di big data pò ottimizà i parametri di crescita, migliurendu a qualità di i cristalli è l'efficienza di a pruduzzione.

A tecnulugia di preparazione di monocristalli di carburo di siliciu di alta qualità hè un puntu chjave in a ricerca di materiali semiconduttori. Cù l'avanzamentu di a tecnulugia, e tecniche di crescita di cristalli SiC continueranu à evoluzione, furnendu una basa solida per applicazioni in campi à alta temperatura, alta frequenza è alta putenza.