Kuinka saavuttaa korkealaatuista kidekasvua? - sic Crystal Growth -uuni

1. Mikä on piikarbidikiteiden kasvuuunin perusperiaate?

Pidikarbidikiteiden kasvuuunin toimintaperiaate on fyysinen sublimointi (PVT). PVT-menetelmä on yksi tehokkaimmista menetelmistä korkean puhtaan SIC-yksittäisten kiteiden kasvattamiseksi. Lämpökentän, ilmakehän ja kasvuparametrien tarkan hallinnan avulla piiharbidikiteiden kasvuuuni voi toimia vakaasti korkeissa lämpötiloissa sublimaation, kaasun vaiheen siirron ja kondensaation kiteytymisprosessin loppuun saattamiseksiSic -jauhe.

1.1 Kasvuuunin toimintaperiaate

● PVT -menetelmä

PVT -menetelmän ydin on sublimoida piikarbidijauhe kaasumaisiin komponentteihin korkeissa lämpötiloissa ja tiivistää siemenkiteellä kaasufaasin läpäisyn kautta yhden kiderakenteen muodostamiseksi. Tällä menetelmällä on merkittäviä etuja korkean puhtaan, suurikokoisten kiteiden valmistelussa.

● Kristallikasvun perusprosessi

✔ Sublimointi: Upokkaan sic -jauhe sublimoituu kaasumaisiin komponentteihin, kuten Si, C2 ja SiC2 korkeassa lämpötilassa yli 2000 ℃.

✔ Kuljetus: Lämpögradientin vaikutuksesta kaasumaiset komponentit siirretään korkean lämpötilan alueelta (jauhevyöhyke) matalan lämpötilan vyöhykkeelle (siemenkiteiden pinta).

✔ Kondensaation kiteytyminen: Haihtuvat komponentit saostuvat siemenkiteiden pinnalle ja kasvavat hilan suuntaa pitkin yhden kideen muodostamiseksi.

1.2 Kristallikasvun erityiset periaatteet

Piharbidikiteiden kasvuprosessi on jaettu kolmeen vaiheeseen, jotka ovat läheisesti yhteydessä toisiinsa ja vaikuttavat kideen lopulliseen laatuun.

✔ SIC -jauheen sublimointi- Korkeissa lämpötilan olosuhteissa kiinteä sic (piikarbidi) sublimoituu kaasumaiseksi pii (SI) ja kaasumaiseksi hiilelle (C), ja reaktio on seuraava:

Sic (s) → Si (g) + c (g)

Ja monimutkaisemmat sekundaariset reaktiot haihtuvien kaasumaisten komponenttien (kuten sic2) tuottamiseksi. Korkea lämpötila on välttämätön ehto sublimointireaktioiden edistämiseksi.

✔ Kaasufaasin kuljetus- Kaasumaiset komponentit kuljetetaan upokkaan sublimointivyöhykkeeltä siemenvyöhykkeelle lämpötilagradientin alla. Kaasun virtauksen stabiilisuus määrittää laskeutumisen tasaisuuden.

✔ Kondensaation kiteytyminen- Alemissa lämpötiloissa haihtuvat kaasumaiset komponentit yhdistyvät siemenkiteen pintaan kiinteiden kiteiden muodostamiseksi. Tämä prosessi sisältää termodynamiikan ja kristallografian monimutkaiset mekanismit.

1.3 Piekarbidikiteiden kasvun avainparametrit

Korkealaatuiset sic-kiteet vaativat seuraavien parametrien tarkan hallinnan:

✔ Lämpötila- Sublimaatiovyöhyke on pidettävä yli 2000 ℃ jauheen täydellisen hajoamisen varmistamiseksi. Siemenvyöhykkeen lämpötilaa säädetään nopeudella 1600-1800 ℃ kohtalaisen laskeutumisnopeuden varmistamiseksi.

✔ Paine: PVT-kasvu suoritetaan yleensä 10-20 Torr: n matalapaineisessa ympäristössä kaasufaasikuljetuksen stabiilisuuden ylläpitämiseksi. Korkea tai liian matala paine johtaa liian nopeaan kiteiden kasvunopeuteen tai lisääntyneisiin virheisiin.

Ilmapiiri- Käytä korkeavarjoa argonia kantajakaasuna epäpuhtauksien kontaminaation välttämiseksi reaktioprosessin aikana. Ilmakehän puhtaus on ratkaisevan tärkeä kitevaurioiden tukahduttamiselle.

✔ Aika- Kristallin kasvuaika on yleensä kymmeniä tunteja tasaisen kasvun ja sopivan paksuuden saavuttamiseksi.

2. Mikä on piikarbidikiteiden kasvuuunin rakenne?

Piharbidikiteiden kasvuuunin rakenteen optimointi keskittyy pääasiassa korkean lämpötilan lämmitykseen, ilmakehän hallintaan, lämpötilan kentän suunnitteluun ja valvontajärjestelmään.

2.1 Kasvuuunin pääkomponentit

● Korkean lämpötilan lämmitysjärjestelmä

✔ Resistenssilämmitys: Käytä korkean lämpötilan vastuslangaa (kuten molybdeeni, volframi) lämmönenergian suoraan. Etu on korkea lämpötilan säätötarkkuus, mutta käyttöikä on rajoitettu korkeassa lämpötilassa.

✔ Induktiolämmitys: Pyörynvirran lämmitys syntyy upokkaassa induktiokelan kautta. Sillä on korkea hyötysuhde ja koskemattomat, mutta laitteiden kustannukset ovat suhteellisen korkeat.

● Grafiittipotku ja substraatin siemenasema

✔ Korkean puhtaan grafiittipotilas varmistaa korkean lämpötilan vakauden.

✔ Siemenaseman suunnittelussa on otettava huomioon sekä ilmavirran tasaisuus että lämmönjohtavuus.

● Ilmakehän ohjauslaite

✔ Varustettu korkean puhtaan kaasun jakelujärjestelmällä ja painea säätelevällä venttiilillä reaktioympäristön puhtauden ja stabiilisuuden varmistamiseksi.

● Lämpötilakentän tasaisuusmalli

✔ Optimoimalla upokkaan seinämän paksuus, lämmityselementin jakautuminen ja lämpökilven rakenne saavutetaan lämpötilakentän tasainen jakauma, mikä vähentää lämpöjännityksen vaikutusta kiteeseen.

2.2 Lämpötilakenttä ja lämpögradientin suunnittelu

✔ Lämpötilakentän yhdenmukaisuuden merkitys- Epätasainen lämpötilakenttä johtaa erilaisiin paikallisiin kasvunopeuksiin ja vikoihin kideen sisällä. Lämpötilakentän yhtenäisyyttä voidaan parantaa huomattavasti rengasmaisen symmetrisen suunnittelun ja lämpökilven optimoinnin avulla.

✔ Lämpögradientin tarkka hallinta- Säädä lämmittimien tehonjakauma ja käytä lämpökilpeitä eri alueiden erottamiseen lämpötilaerojen vähentämiseksi. Koska lämpögradienteilla on suora vaikutus kidekiteiden paksuuteen ja pinnan laatuun.

2.3 Kristallin kasvuprosessin seurantajärjestelmä

✔ Lämpötilan valvonta- Käytä kuituoptisia lämpötila-antureita seurataksesi sublimaatiovyöhykkeen ja siemenvyöhykkeen reaaliaikaisen lämpötilan. Tietojen palautejärjestelmä voi säätää lämmitystehoa automaattisesti.

✔ Kasvuvauhdin seuranta- Käytä laser -interferometriaa kidepinnan kasvunopeuden mittaamiseen. Yhdistä seurantatiedot mallinnusalgoritmeihin prosessin dynaamisen optimoimiseksi.

3. Mitkä ovat piikarbidikiteiden kasvuuunin tekniset vaikeudet?

Piekarbidikiteiden kasvuuunin tekniset pullonkaulat ovat pääosin keskittyneet korkean lämpötilan materiaaleihin, lämpötilan kentän hallintaan, vikojen tukahduttamiseen ja koon laajentumiseen.

3.1 Korkean lämpötilan materiaalien valinta ja haasteet

Grafiittihapetetaan helposti erittäin korkeissa lämpötiloissa jaSic -pinnoiteOn lisättävä hapettumiskestävyyden parantamiseksi. Pinnoitteen laatu vaikuttaa suoraan uunin elämään.

Lämmityselementin käyttöikä ja lämpötilaraja. Korkean lämpötilan vastusjohtojen on oltava korkea väsymiskestävyys. Induktiolämmityslaitteiden on optimoida kelan lämmön hajoamisen suunnittelu.

3.2 Lämpötilan ja lämpökentän tarkka hallinta

Epätasaisen lämpökentän vaikutus johtaa pinoamisvirheiden ja dislokaatioiden lisääntymiseen. Uunin lämpökentän simulointimalli on optimoitava ongelmien havaitsemiseksi etukäteen.

Korkean lämpötilan valvontalaitteiden luotettavuus. Korkean lämpötilan anturien on oltava säteily- ja lämpöiskun kestäviä.

3.3 Kristallivikojen hallinta

Pinoaminen viat, dislokaatiot ja polymorfiset hybridit ovat tärkeimmät vikatyypit. Lämpökentän ja ilmakehän optimointi auttaa vähentämään vikatiheyttä.

Epäpuhtauslähteiden hallinta. Suurten materiaalien käyttö ja uunin tiivistyminen ovat ratkaisevan tärkeitä epäpuhtauksien tukahduttamiseksi.

3.4 Suuren koon kidekasvun haasteet

Lämpökentän yhtenäisyyden vaatimukset koon laajentumiselle. Kun kidekoko laajennetaan 4 tuumaa 8 tuumaan, lämpötilakentän tasaisuusmalli on päivitettävä kokonaan.

Ratkaisu halkeamiseen ja vääntymisongelmiin. Vähennä kidemuodostumia vähentämällä lämpörasitusgradienttia.

4. Mitkä ovat raaka-aineet korkealaatuisten sic-kiteiden kasvattamiseksi?

Vetek Semiconductor on kehittänyt uuden sic -kidekraaka -aineen -Korkea puhtaus CVD sic raaka -aine. Tämä tuote täyttää kotimaisen aukon ja on myös johtavalla tasolla maailmanlaajuisesti, ja se on pitkän aikavälin johtavassa asemassa kilpailussa. Perinteiset piikarbidiraaka-aineet tuotetaan korkean puhtaan piin ja grafiitin reaktiolla, joiden kustannukset ovat korkeat, pienet ja pienet.

Vetek Semiconductorin fluidisoitua sänkytekniikkaa käyttää metyylitriklorosilaania piikarbidiraaka-aineiden tuottamiseksi kemiallisen höyryn laskeutumisen kautta, ja pää sivutuote on suolahappo. Suolihappo voi muodostaa suoloja neutraloimalla alkalilla, eikä se aiheuta ympäristölle pilaantumista. 

Samanaikaisesti metyylitrikloorisilaani on laajalti käytetty teollisuuskaasu, jolla on edulliset ja laajat lähteet, etenkin Kiina on metyylitriklorosilaanin päätuottaja. Siksi Vetk -puolijohteen korkea puhtausCVD sic -rakaateriaalion kansainvälinen johtava kilpailukyky kustannusten ja laadun suhteen. Korkean puhtauden CVD -sic -raaka -aineen puhtaus on yli 99,9995%.

✔ Suuri koko ja suuri tiheys- Keskimääräinen hiukkaskoko on noin 4-10 mm, ja kotimaisten Acheson-raaka-aineiden hiukkaskoko on <2,5 mm. Sama tilavuuspotilas voi pitää yli 1,5 kg raaka-aineita, mikä edistää suurten kidekasvumateriaalien riittämättömän tarjonnan ratkaisemista, mikä lievittää raaka-aineiden grafiittia, vähentämällä hiilen käärettä ja parantaa kidekenteen laatua.

✔ Matala Si/C -suhde- Se on lähempänä kuin 1: 1 kuin itsemääräämismenetelmän Acheson-raaka-aineet, jotka voivat vähentää SI-osittaisen paineen nousun aiheuttamia vikoja.

✔ Korkea lähtöarvo- Kasvatut raaka -aineet ylläpitävät edelleen prototyyppiä, vähentävät uudelleenkiteyttämistä, vähentävät raaka -aineiden grafiittia, vähentävät hiilen käärevikoja ja parantavat kiteiden laatua.

✔ Suurempi puhtaus- CVD-menetelmällä tuotettujen raaka-aineiden puhtaus on korkeampi kuin itsekäyttöisen menetelmän Acheson-raaka-aineiden puhtaus. Typpipitoisuus on saavuttanut 0,09 ppm ilman lisäpuhdistusta. Tällä raaka-aineella voi olla myös tärkeä rooli puoliltaavassa kentässä.

✔ Alhaisemmat kustannukset- Yhdenmukainen haihtumisaste helpottaa prosessien ja tuotteiden laadunvalvontaa parantaen samalla raaka -aineiden käyttöastetta (käyttöaste> 50%, 4,5 kg: n raaka -aineita tuottaa 3,5 kg harkoja) vähentäen kustannuksia.

✔ Matala ihmisen virhesuhde- Kemiallinen höyryn laskeutuminen välttää ihmisen toiminnan aiheuttamat epäpuhtaudet.