I principali metudi per a crescita di monocristalli di carburo di siliciu includenu u Trasportu Fisicu di Vapore (PVT), a Crescita di Soluzione Top-Seeded (TSSG) è a Deposizione Chimica di Vapore à Alta Temperatura (HT-CVD).

Trà questi, u metudu PVT hè diventatu a tecnica primaria per a pruduzzione industriale per via di a so cunfigurazione relativamente simplice di l'equipaggiu, a facilità di funziunamentu è di cuntrollu, è i costi operativi è di l'equipaggiu più bassi.

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Punti tecnichi chjave di a crescita di i cristalli di SiC utilizendu u metudu PVT

Per cultivà cristalli di carburo di siliciu cù u metudu PVT, parechji aspetti tecnichi devenu esse attentamente cuntrullati:

1. Purezza di i materiali di grafite in u campu termicu
   I materiali di grafite utilizati in u campu termicu di crescita di cristalli devenu risponde à requisiti di purezza rigorosi. U cuntenutu di impurità in i cumpunenti di grafite deve esse inferiore à 5 × 10⁻⁶, è per i feltri isolanti inferiore à 10 × 10⁻⁶. Specificamente, u cuntenutu di boru (B) è d'aluminiu (Al) deve esse ognunu inferiore à 0,1 × 10⁻⁶.

2. Polarità curretta di u cristallu di sumente
   I dati empirichi mostranu chì a faccia C (0001) hè adatta per a crescita di cristalli 4H-SiC, mentre chì a faccia Si (0001) hè adatta per a crescita di 6H-SiC.

3. Usu di Cristalli di Seme Fora di l'Asse
   I semi fora d'asse ponu alterà a simmetria di crescita, riduce i difetti di cristallu è prumove una migliore qualità di cristallu.

4. Tecnica affidabile di legame di cristalli di sementi
   Una bona legatura trà u cristallu di sementi è u supportu hè essenziale per a stabilità durante a crescita.

5. Mantene a Stabilità di l'Interfaccia di Crescita
   Durante tuttu u ciclu di crescita di u cristallu, l'interfaccia di crescita deve rimanere stabile per assicurà un sviluppu di cristalli di alta qualità.

 

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Tecnulugie di basa in a crescita di cristalli di SiC

1. Tecnulugia di dopaggiu per a polvere di SiC

U dopaggiu di polvere di SiC cù ceriu (Ce) pò stabilizà a crescita di un unicu politipu cum'è 4H-SiC. A pratica hà dimustratu chì u dopaggiu di Ce pò:

• Aumentà a velocità di crescita di i cristalli di SiC;

• Migliurà l'orientazione di i cristalli per una crescita più uniforme è direzionale;

• Riduce l'impurità è i difetti;

• Supprime a currusione posteriore di u cristallu;

• Aumentà u rendiment di u monocristallu.

2. Cuntrollu di i gradienti termichi assiali è radiali

I gradienti di temperatura assiali anu un impattu nant'à u politipu di cristallu è a velocità di crescita. Un gradiente troppu chjucu pò purtà à inclusioni di politipi è à un trasportu di materiale riduttu in a fase di vapore. L'ottimisazione di i gradienti assiali è radiali hè cruciale per una crescita rapida è stabile di i cristalli cù una qualità consistente.

3. Tecnulugia di cuntrollu di a dislocazione di u pianu basale (BPD)

I BPD si formanu principalmente per via di a tensione di taglio chì supera a soglia critica in i cristalli di SiC, attivendu i sistemi di scorrimentu. Siccomu i BPD sò perpendiculari à a direzzione di crescita, si presentanu tipicamente durante a crescita è u raffreddamentu di i cristalli. Minimizà a tensione interna pò riduce significativamente a densità di i BPD.

4. Cuntrollu di u Rapportu di Cumposizione di a Fase di Vapore

Aumentà u rapportu carbone-siliciu in a fase di vapore hè un metudu pruvatu per prumove a crescita di un solu politipu. Un altu rapportu C/Si riduce u raggruppamentu di macrostep è mantene l'eredità superficiale da u cristallu di sementi, supprimendu cusì a furmazione di politipi indesiderati.

5. Tecniche di crescita à bassu stress

U stress durante a crescita di i cristalli pò purtà à piani di reticolo curvi, crepe è densità BPD più elevate. Quessi difetti ponu esse trasferiti in strati epitassiali è avè un impattu negativu nantu à e prestazioni di u dispusitivu.

Parechje strategie per riduce u stress internu di u cristallu includenu:

• Aghjustà a distribuzione di u campu termicu è i parametri di prucessu per prumove una crescita quasi in equilibriu;

• Ottimizazione di u cuncepimentu di u crogiolu per permette à u cristallu di cresce liberamente senza restrizioni meccaniche;

• Migliurà a cunfigurazione di u supportu di e sementi per riduce a discrepanza di dilatazione termica trà a semente è a grafite durante u riscaldamentu, spessu lascendu un spaziu di 2 mm trà a semente è u supportu;

• Prucessi di raffinazione di ricottura, chì permettenu à u cristallu di raffreddassi cù u fornu, è aghjustendu a temperatura è a durata per alleviare cumpletamente u stress internu.

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Tendenze in a tecnulugia di crescita di cristalli SiC

1. Cristalli più grandi
I diametri di i monocristalli di SiC sò aumentati da pochi millimetri à wafer di 6 pollici, 8 pollici è ancu 12 pollici. I wafer più grandi aumentanu l'efficienza di a produzzione è riducenu i costi, rispondendu à e esigenze di l'applicazioni di dispositivi ad alta putenza.

2. Qualità di cristallu più alta
I cristalli di SiC d'alta qualità sò essenziali per i dispositivi d'altu rendimentu. Malgradu miglioramenti significativi, i cristalli attuali presentanu sempre difetti cum'è microtubi, dislocazioni è impurità, chì ponu tutti degradà e prestazioni è l'affidabilità di u dispositivu.

3. Riduzione di i costi
A pruduzzione di cristalli di SiC hè sempre relativamente cara, ciò chì limita l'adozione più larga. A riduzione di i costi per mezu di prucessi di crescita ottimizzati, una maggiore efficienza di pruduzzione è costi di materie prime più bassi hè cruciale per l'espansione di l'applicazioni di u mercatu.

4. Fabbricazione intelligente
Cù i progressi in l'intelligenza artificiale è e tecnulugie di big data, a crescita di i cristalli SiC si move versu prucessi intelligenti è automatizati. I sensori è i sistemi di cuntrollu ponu monitorà è aghjustà e cundizioni di crescita in tempu reale, migliurendu a stabilità è a prevedibilità di u prucessu. L'analisi di i dati pò ottimizà ulteriormente i parametri di u prucessu è a qualità di i cristalli.

U sviluppu di a tecnulugia di crescita di monocristalli SiC di alta qualità hè un puntu focale maiò in a ricerca di materiali semiconduttori. Cù l'avanzamentu di a tecnulugia, i metudi di crescita di cristalli continueranu à evoluzione è à migliurà, furnendu una basa solida per l'applicazioni SiC in dispositivi elettronichi à alta temperatura, alta frequenza è alta putenza.