Mezi hlavní metody přípravy monokrystalů křemíku patří: fyzikální transport plynné fáze (PVT), růst roztoku s naočkováním z vrchu (TSSG) a chemická depozice z plynné fáze za vysokých teplot (HT-CVD). Mezi nimi je metoda PVT široce používána v průmyslové výrobě díky jednoduchému vybavení, snadnému ovládání a nízkým nákladům na vybavení a provoz.
Klíčové technické body pro růst krystalů karbidu křemíku metodou PVT
Při pěstování krystalů karbidu křemíku metodou fyzikálního transportu páry (PVT) je třeba zvážit následující technické aspekty:
- Čistota grafitových materiálů v růstové komoře: Obsah nečistot v grafitových složkách musí být nižší než 5×10⁻⁶, zatímco obsah nečistot v izolační plsti musí být nižší než 10×10⁻⁶. Prvky jako B a Al by měly být udržovány pod 0,1×10⁻⁶.
- Správný výběr polarity zárodečného krystalu: Empirické studie ukazují, že plocha C (0001) je vhodná pro pěstování krystalů 4H-SiC, zatímco plocha Si (0001) se používá pro pěstování krystalů 6H-SiC.
- Použití mimoosých semenných krystalů: Mimoosé semenné krystaly mohou změnit symetrii růstu krystalů a snížit tak defekty v krystalu.
- Vysoce kvalitní proces lepení semenných krystalů.
- Udržování stability rozhraní růstu krystalů během růstového cyklu.
Klíčové technologie pro růst krystalů karbidu křemíku
- Technologie dopování pro prášek karbidu křemíku
Dopování prášku karbidu křemíku vhodným množstvím Ce může stabilizovat růst monokrystalů 4H-SiC. Praktické výsledky ukazují, že dopování Ce může:
- Zvyšte rychlost růstu krystalů karbidu křemíku.
- Řízení orientace růstu krystalů, jeho rovnoměrnější a pravidelnější.
- Potlačují tvorbu nečistot, snižují defekty a usnadňují výrobu monokrystalů a vysoce kvalitních krystalů.
- Zabraňují korozi zadní strany krystalu a zlepšují výtěžnost monokrystalů.
- Technologie řízení axiálního a radiálního teplotního gradientu
Axiální teplotní gradient primárně ovlivňuje typ a účinnost růstu krystalů. Příliš malý teplotní gradient může vést k tvorbě polykrystalů a snížit rychlost růstu. Správné axiální a radiální teplotní gradienty usnadňují rychlý růst krystalů SiC a zároveň zachovávají stabilní kvalitu krystalů. - Technologie kontroly dislokace bazální roviny (BPD)
Vady BPD vznikají hlavně tehdy, když smykové napětí v krystalu překročí kritické smykové napětí SiC, což aktivuje kluzné systémy. Protože BPD jsou kolmé ke směru růstu krystalu, tvoří se primárně během růstu krystalu a jeho ochlazování. - Technologie úpravy poměru složení plynné fáze
Zvýšení poměru uhlíku a křemíku v růstovém prostředí je účinným opatřením ke stabilizaci růstu monokrystalů. Vyšší poměr uhlíku a křemíku snižuje velké stupňovité shlukování, zachovává informaci o růstu povrchu semenného krystalu a potlačuje tvorbu polytypů. - Technologie pro řízení s nízkým stresem
Napětí během růstu krystalů může způsobit ohýbání krystalových rovin, což vede ke špatné kvalitě krystalů nebo dokonce k jejich praskání. Vysoké napětí také zvyšuje dislokace bazální roviny, což může nepříznivě ovlivnit kvalitu epitaxní vrstvy a výkon zařízení.
Skenovací obraz 6palcového SiC waferu
Metody pro snížení napětí v krystalech:
- Upravte rozložení teplotního pole a procesní parametry tak, aby byl umožněn téměř rovnovážný růst monokrystalů SiC.
- Optimalizujte strukturu kelímku tak, aby umožňovala volný růst krystalů s minimálními omezeními.
- Upravte techniky fixace zárodečného krystalu, abyste snížili nesoulad tepelné roztažnosti mezi zárodečným krystalem a grafitovým držákem. Běžným přístupem je ponechat 2mm mezeru mezi zárodečným krystalem a grafitovým držákem.
- Zlepšete procesy žíhání zavedením žíhání v peci in situ, úpravou teploty a doby žíhání pro úplné uvolnění vnitřního pnutí.
Budoucí trendy v technologii růstu krystalů karbidu křemíku
Technologie přípravy vysoce kvalitních monokrystalů SiC se bude do budoucna vyvíjet v následujících směrech:
- Rozsáhlý růst
Průměr monokrystalů karbidu křemíku se vyvinul z několika milimetrů na 6 palců, 8 palců a dokonce i větší 12 palců. Krystaly SiC o velkém průměru zlepšují efektivitu výroby, snižují náklady a splňují požadavky vysoce výkonných zařízení. - Vysoce kvalitní růst
Vysoce kvalitní monokrystaly SiC jsou nezbytné pro vysoce výkonná zařízení. Přestože bylo dosaženo významného pokroku, stále existují defekty, jako jsou mikrotrubice, dislokace a nečistoty, které ovlivňují výkon a spolehlivost zařízení. - Snížení nákladů
Vysoké náklady na přípravu krystalů SiC omezují jeho použití v určitých oblastech. Optimalizace procesů růstu, zlepšení efektivity výroby a snížení nákladů na suroviny mohou pomoci snížit výrobní náklady. - Inteligentní růst
S pokrokem v oblasti umělé inteligence a velkých dat bude technologie růstu krystalů SiC stále více využívat inteligentní řešení. Monitorování a řízení v reálném čase pomocí senzorů a automatizovaných systémů zvýší stabilitu a ovladatelnost procesu. Analýza velkých dat navíc může optimalizovat parametry růstu, čímž se zlepší kvalita krystalů a efektivita výroby.
Technologie přípravy vysoce kvalitních monokrystalů karbidu křemíku je klíčovým zaměřením ve výzkumu polovodičových materiálů. S pokrokem technologií se budou i nadále vyvíjet techniky růstu krystalů SiC, což poskytne pevný základ pro aplikace v oblastech vysokých teplot, vysokých frekvencí a vysokých výkonů.
Čas zveřejnění: 25. července 2025