Wie kann man hochwertiges Kristallwachstum erreichen? - SIC -Kristallwachstumsofen

1. Was ist das Grundprinzip des Silizium -Carbid -Kristallwachstumsofens?

Das Arbeitsprinzip des Siliziumkarbidkristallwachstumsofens ist die physische Sublimation (PVT). Die PVT-Methode ist eine der effizientesten Methoden zum Anbau von SIC-Einzelkristallen mit hoher Purity. Durch genaue Kontrolle des thermischen Feldes, der Atmosphäre und des WachstumsparameterSic pulver.

1.1 Arbeitsprinzip des Wachstumsofens

● PVT -Methode

Der Kern der PVT -Methode besteht darin, Siliziumkarbidpulver in gasförmige Komponenten bei hohen Temperaturen zu sublimieren und durch Gasphasenübertragung auf dem Samenkristall zu kondensieren, um eine Einkristallstruktur zu bilden. Diese Methode hat signifikante Vorteile bei der Herstellung von großen Kristallen mit großer Größen.

● Grundprozess des Kristallwachstums

✔ Sublimation: SiC -Pulver im Schmelztiegel wird in gasförmige Komponenten wie Si, C2 und SIC2 bei hoher Temperatur über 2000 ℃ untermustert.

✔ Transport: Unter der Wirkung des thermischen Gradienten werden die gasförmigen Komponenten von der Hochtemperaturzone (Pulverzone) auf die Niedertemperaturzone (Samenkristalloberfläche) übertragen.

✔ Kondensationskristallisation: Volatile Komponenten schließen auf der Samenkristalloberfläche und wachsen entlang der Gitterrichtung, um einen einzelnen Kristall zu bilden.

1.2 Spezifische Prinzipien des Kristallwachstums

Der Wachstumsprozess von Siliziumcarbidkristallen ist in drei Stufen unterteilt, die eng miteinander verbunden sind und die endgültige Qualität des Kristalls beeinflussen.

✔ Sic -Pulver -Sublimation: Unter hohen Temperaturbedingungen wird fester SIC (Siliziumcarbid) in gasförmige Silizium (Si) und gasförmiger Kohlenstoff (C) untermessen, und die Reaktion ist wie folgt:

Sic (s) → si (g) + c (g)

Und komplexere sekundäre Reaktionen zur Erzeugung von flüchtigen gasförmigen Komponenten (wie SIC2). Hohe Temperatur ist eine notwendige Bedingung, um Sublimationsreaktionen zu fördern.

✔ Gasphasentransport: Die gasförmigen Komponenten werden von der Sublimationszone des Schmelztiegels zur Samenzone unter dem Antrieb des Temperaturgradienten transportiert. Die Stabilität des Gasflusss bestimmt die Gleichmäßigkeit der Ablagerung.

✔ Kondensationskristallisation: Bei niedrigeren Temperaturen verbinden sich flüchtige Gaskomponenten mit der Oberfläche des Samenkristalls zu festen Kristallen. Dieser Prozess beinhaltet komplexe Mechanismen der Thermodynamik und Kristallographie.

1,3 Schlüsselparameter für Siliziumkarbidkristallwachstum

Hochwertige sic-Kristalle erfordern eine präzise Kontrolle der folgenden Parameter:

✔ Temperatur: Die Sublimationszone muss über 2000 ℃ gehalten werden, um eine vollständige Zersetzung des Pulvers zu gewährleisten. Die Temperatur der Samenzone wird bei 1600 bis 1800 ℃ kontrolliert, um eine moderate Abscheidungsrate zu gewährleisten.

✔ Druck: Das PVT-Wachstum erfolgt normalerweise in einer niedrigen Druckumgebung von 10 bis 20 Torr, um die Stabilität des Gasphase-Transports aufrechtzuerhalten. Zu einem hohen oder zu niedrigen Druck führt zu einer zu schnellen Kristallwachstumsrate oder zu erhöhten Defekten.

✔ Atmosphäre: Verwenden Sie hochreines Argon als Trägergas, um Verunreinigungsverschmutzung während des Reaktionsprozesses zu vermeiden. Die Reinheit der Atmosphäre ist entscheidend für die Unterdrückung von Kristalldefekten.

✔ Zeit: Die Kristallwachstumszeit ist normalerweise bis zu zehn Stunden lang, um ein einheitliches Wachstum und eine angemessene Dicke zu erzielen.

2. Was ist die Struktur des Siliziumkarbidkristallwachstumsofens?

Die Optimierung der Struktur des Siliziumkarbidkristallwachstumsofens konzentriert sich hauptsächlich auf Hochtemperaturheizung, Atmosphärekontrolle, Temperaturfeldkonstruktion und Überwachungssystem.

2.1 Hauptkomponenten des Wachstumsofens

● Hochtemperaturheizungssystem

✔ Resistenzerwärmung: Verwenden Sie Hochtemperaturwiderstandsdraht (wie Molybdän, Wolfram), um direkt Wärmeenergie bereitzustellen. Der Vorteil ist die Genauigkeit der hohen Temperaturkontrolle, aber die Lebensdauer ist bei hoher Temperatur begrenzt.

✔ Induktionsheizung: Wirkungsstromheizung erzeugt im Schmelztiegel durch eine Induktionsspule. Es hat die Vorteile von hoher Effizienz und Nichtkontakt, aber die Ausrüstungskosten sind relativ hoch.

● Graphit Crucible und Substratsamenstation

✔ Graphit Crucible mit hoher Purity gewährleistet die Hochtemperaturstabilität.

✔ Die Konstruktion der Samenstation muss sowohl die Einheitlichkeit des Luftstroms als auch die thermische Leitfähigkeit berücksichtigen.

● Atmosphäre Steuergerät

✔ Ausgestattet mit einem hohen Gasabgabesystem und einem Druckregulierungsventil, um die Reinheit und Stabilität der Reaktionsumgebung zu gewährleisten.

● Temperaturfeld Gleichmäßigkeitsdesign

✔ Durch Optimierung der Schmelzwanddicke, der Verteilung der Heizelemente und der Wärmeschildstruktur wird die gleichmäßige Verteilung des Temperaturfeldes erreicht, wodurch der Einfluss der thermischen Spannung auf den Kristall verringert wird.

2.2 Temperaturfeld- und Wärmegradientendesign

✔ Bedeutung der Temperaturfeldgleichmäßigkeit: Das ungleiche Temperaturfeld führt zu unterschiedlichen lokalen Wachstumsraten und Defekten innerhalb des Kristalls. Die Gleichmäßigkeit des Temperaturfeldes kann durch ringförmige Symmetriedesign und Wärmeschildoptimierung erheblich verbessert werden.

✔ Genaue Kontrolle des thermischen Gradienten: Passen Sie die Leistungsverteilung von Heizungen an und verwenden Sie Wärmeschilde, um verschiedene Bereiche zu trennen, um die Temperaturunterschiede zu reduzieren. Weil thermische Gradienten einen direkten Einfluss auf die Kristalldicke und die Oberflächenqualität haben.

2.3 Überwachungssystem für den Kristallwachstumsprozess

✔ Temperaturüberwachung: Verwenden Sie Glasfaser-Sensoren, um die Echtzeittemperatur der Sublimationszone und der Samenzone zu überwachen. Das Datenfeedback -System kann die Heizleistung automatisch einstellen.

✔ Wachstumsrateüberwachung: Verwenden Sie die Laserinterferometrie, um die Wachstumsrate der Kristalloberfläche zu messen. Kombinieren Sie die Überwachungsdaten mit Modellierungsalgorithmen, um den Prozess dynamisch zu optimieren.

3. Was sind die technischen Schwierigkeiten des Siliziumkarbidkristallwachstumsofens?

Die technischen Engpässe des Siliziumkarbidkristallwachstumsofens sind hauptsächlich auf Hochtemperaturmaterialien, Temperaturfeldkontrolle, Defektunterdrückung und Größenexpansion konzentriert.

3.1 Selektion und Herausforderungen von hochtemperativen Materialien

Graphitwird bei extrem hohen Temperaturen leicht oxidiert undSic -Beschichtungmuss hinzugefügt werden, um die Oxidationsresistenz zu verbessern. Die Qualität der Beschichtung wirkt sich direkt auf die Lebensdauer des Ofens aus.

Heizelementlebensdauer und Temperaturgrenze. Hochtemperaturwiderstandsdrähte müssen eine hohe Müdigkeitsbeständigkeit aufweisen. Induktionsheizgeräte müssen das Design der Spulenwärmeableitungen optimieren.

3.2 Genauigkeit der Temperatur und Wärmefeld

Der Einfluss des ungleichmäßigen thermischen Feldes führt zu einer Erhöhung der Stapelfehler und -verstrahien. Das Ofen -Thermalfeld -Simulationsmodell muss optimiert werden, um Probleme im Voraus zu erkennen.

Zuverlässigkeit der Hochtemperaturüberwachungsgeräte. Hochtemperatursensoren müssen gegen Strahlung und thermischen Schock resistent sein.

3.3 Kontrolle von Kristallfehlern

Stapelfehler, Versetzungen und polymorphen Hybriden sind die Hauptfehlertypen. Die Optimierung des thermischen Feldes und der Atmosphäre hilft, die Defektdichte zu verringern.

Kontrolle der Verunreinigungsquellen. Die Verwendung von Materialien mit hoher Purity und die Versiegelung des Ofens sind entscheidend für die Unterdrückung von Verunreinigungen.

3.4 Herausforderungen des großen Kristallwachstums

Die Anforderungen der Thermiefeldgleichmäßigkeit für die Größenausdehnung. Wenn die Kristallgröße von 4 Zoll auf 8 Zoll erweitert wird, muss das Design der Temperaturfeldgleichmäßigkeit vollständig verbessert werden.

Lösung zum Knacken und Verziehen. Reduzieren Sie die Kristalldeformation, indem Sie den thermischen Spannungsgradienten reduzieren.

4. Was sind die Rohstoffe für den Anbau hochwertiger SIC-Kristalle?

Vetek Semiconductor hat ein neues sic -Einzelkristall -Rohmaterial entwickelt -CVD SIC -Rohstoff mit hoher Reinheit. Dieses Produkt füllt die Inlandslücke und befindet sich auch weltweit auf dem führenden Niveau und wird in einer langfristigen Führung in der Konkurrenz sein. Herkömmliche Rohstoffe von Siliziumcarbid werden durch die Reaktion von Silizium und Graphit mit hoher Purity erzeugt, die kostspielig sind, die Reinheit niedrig und kleiner Größe haben.

Die fluidisierte Betttechnologie von Vetek Semiconductor verwendet Methyltrichlorsisilan, um Siliziumcarbid-Rohstoffe durch chemische Dampfablagerung zu erzeugen, und das Haupt-Nebenprodukt ist Salzsäure. Salzsäure kann durch Neutralisierung mit Alkali Salz bilden und die Umwelt nicht umsetzen. 

Gleichzeitig ist Methyltrichlorsisilan ein weit verbreitetes Industriegas mit geringen Kosten und breiten Quellen, insbesondere China ist der Hauptproduzent von Methyltrichlorsisilan. Daher die hohe Reinheit des Vetek SemiconductorsCVD SIC -Rohstoffhat internationale führende Wettbewerbsfähigkeit in Bezug auf Kosten und Qualität. Die Reinheit des CVD -Rohstoffmaterials mit hoher Reinheit ist höher als 99,9995%.

✔ große Größe und hohe Dichte: Die durchschnittliche Partikelgröße beträgt etwa 4-10 mm und die Partikelgröße der Rohstoffe in den Haushaltsangeboten in Haushaltsangaben <2,5 mm. Das gleiche Volumen-Tiegel kann mehr als 1,5 kg Rohstoffe aufnehmen, was zur Lösung des Problems der unzureichenden Versorgung mit großer Kristallwachstumsmaterialien, der Linderung der Graphitisierung von Rohstoffen, der Reduzierung der Kohlenstoffverpackung und der Verbesserung der Kristallqualität förderlich ist.

✔ niedriges Si/C -Verhältnis: Es ist näher an 1: 1 als die Acheson-Rohstoffe der selbstpropagierenden Methode, wodurch die durch die Erhöhung des SI-Partialdrucks induzierten Defekte verringert werden können.

✔ hoher Ausgangswert: Die erwachsenen Rohstoffe behalten den Prototyp immer noch bei, reduzieren die Rekristallisation, reduzieren die Graphitisierung von Rohstoffen, reduzieren Kohlenstoffverpackungsdefekte und verbessern die Qualität von Kristallen.

✔ Höhere Reinheit: Die Reinheit der von der CVD-Methode erzeugten Rohstoffe ist höher als die der Acheson-Rohstoffe der selbstpropagierenden Methode. Der Stickstoffgehalt hat ohne zusätzliche Reinigung 0,09 ppm erreicht. Dieser Rohstoff kann auch eine wichtige Rolle im semi-insizierenden Bereich spielen.

✔ niedrigere Kosten: Die einheitliche Verdunstungsrate erleichtert die Prozess- und Produktqualitätskontrolle, während die Nutzungsrate von Rohstoffen (Auslastungsrate> 50%, 4,5 kg Rohstoffe 3,5 kggs) verbessert und die Kosten senken.

✔ niedrige menschliche Fehlerrate: Chemische Dampfablagerung vermeidet Verunreinigungen, die durch den menschlichen Betrieb eingeführt werden.