Konsideratat kryesore për përgatitjen e kristalit të vetëm të karbit të silicit me cilësi të lartë

Metodat kryesore për përgatitjen e monokristalit të silikonit përfshijnë: Transportin Fizik të Avullit (PVT), Rritjen e Tretësirës me Mbjellje nga Sipër (TSSG) dhe Depozitimin Kimik të Avullit në Temperaturë të Lartë (HT-CVD). Ndër këto, metoda PVT është përdorur gjerësisht në prodhimin industrial për shkak të pajisjeve të saj të thjeshta, lehtësisë së kontrollit dhe kostove të ulëta të pajisjeve dhe operacioneve.

Pikat kryesore teknike për rritjen PVT të kristaleve të karbitit të silicit

Kur rriten kristalet e karbidit të silicit duke përdorur metodën e Transportit Fizik të Avullit (PVT), duhet të merren në konsideratë aspektet e mëposhtme teknike:

1. Pastërtia e materialeve të grafitit në dhomën e rritjes: Përmbajtja e papastërtive në përbërësit e grafitit duhet të jetë nën 5×10⁻⁶, ndërsa përmbajtja e papastërtive në materialin izolues duhet të jetë nën 10×10⁻⁶. Elementë të tillë si B dhe Al duhet të mbahen nën 0.1×10⁻⁶.
2. Përzgjedhja e saktë e polaritetit të kristalit të farës: Studimet empirike tregojnë se sipërfaqja C (0001) është e përshtatshme për rritjen e kristaleve 4H-SiC, ndërsa sipërfaqja Si (0001) përdoret për rritjen e kristaleve 6H-SiC.
3. Përdorimi i kristaleve të farës jashtë boshtit: Kristalet e farës jashtë boshtit mund të ndryshojnë simetrinë e rritjes së kristalit, duke zvogëluar defektet në kristal.
4. Procesi i lidhjes së kristaleve të farës me cilësi të lartë.
5. Ruajtja e stabilitetit të ndërfaqes së rritjes së kristalit gjatë ciklit të rritjes.

Teknologjitë kryesore për rritjen e kristaleve të karbidit të silicit

1. Teknologjia e Dopingut për Pluhurin e Karbidit të Silicit
   Dopimi i pluhurit të karbidit të silicit me një sasi të përshtatshme Ce mund të stabilizojë rritjen e kristaleve të vetme 4H-SiC. Rezultatet praktike tregojnë se dopimi i Ce mund të:

• Rritni shkallën e rritjes së kristaleve të karbidit të silikonit.
• Kontrolloni orientimin e rritjes së kristalit, duke e bërë atë më uniforme dhe të rregullt.
• Shtyp formimin e papastërtive, duke zvogëluar defektet dhe duke lehtësuar prodhimin e kristaleve me një kristal të vetëm dhe me cilësi të lartë.
• Pengon korrozionin e kundërt të kristalit dhe përmirëson rendimentin e një kristali të vetëm.

• Teknologjia e Kontrollit të Gradientit të Temperaturës Aksiale dhe Radiale
  Gradienti aksial i temperaturës ndikon kryesisht në llojin dhe efikasitetin e rritjes së kristalit. Një gradient tepër i vogël i temperaturës mund të çojë në formimin e polikristalinave dhe të ulë shkallët e rritjes. Gradientët e duhur të temperaturës aksiale dhe radiale lehtësojnë rritjen e shpejtë të kristalit SiC duke ruajtur njëkohësisht cilësi të qëndrueshme të kristalit.
• Teknologjia e Kontrollit të Zhvendosjes së Planit Bazal (BPD)
  Defektet e BPD-së lindin kryesisht kur stresi i prerjes në kristal tejkalon stresin kritik të prerjes së SiC, duke aktivizuar sistemet e rrëshqitjes. Meqenëse BPD-të janë pingule me drejtimin e rritjes së kristalit, ato formohen kryesisht gjatë rritjes dhe ftohjes së kristalit.
• Teknologjia e Rregullimit të Raportit të Përbërjes së Fazës së Avujve
  Rritja e raportit karbon-silic në mjedisin e rritjes është një masë efektive për të stabilizuar rritjen e kristaleve të vetme. Një raport më i lartë karbon-silic zvogëlon grumbullimin me hapa të mëdhenj, ruan informacionin e rritjes së sipërfaqes së kristalit të farës dhe pengon formimin e politipeve.
• Teknologjia e Kontrollit të Stresit të Ulët
  Stresi gjatë rritjes së kristalit mund të shkaktojë përkulje të planeve të kristalit, duke çuar në cilësi të dobët të kristalit ose edhe në çarje. Stresi i lartë gjithashtu rrit zhvendosjet e planit bazal, të cilat mund të ndikojnë negativisht në cilësinë e shtresës epitaksiale dhe performancën e pajisjes.

Imazh skanimi i pllakës SiC 6 inç

Metodat për të ulur stresin në kristale:

• Rregulloni shpërndarjen e fushës së temperaturës dhe parametrat e procesit për të mundësuar rritjen afër ekuilibrit të kristaleve të vetme të SiC.
• Optimizoni strukturën e enës së shkrirjes për të lejuar rritjen e lirë të kristalit me kufizime minimale.
• Modifikoni teknikat e fiksimit të kristalit të farës për të zvogëluar mospërputhjen e zgjerimit termik midis kristalit të farës dhe mbajtëses së grafitit. Një qasje e zakonshme është të lini një hapësirë prej 2 mm midis kristalit të farës dhe mbajtëses së grafitit.
• Përmirësoni proceset e pjekjes duke zbatuar pjekjen në furrë in situ, duke rregulluar temperaturën dhe kohëzgjatjen e pjekjes për të liruar plotësisht stresin e brendshëm.

Trendet e së ardhmes në teknologjinë e rritjes së kristaleve të karbidit të silikonit

Duke parë përpara, teknologjia e përgatitjes së kristaleve të vetme SiC me cilësi të lartë do të zhvillohet në drejtimet e mëposhtme:

1. Rritje në Shkallë të Gjerë
   Diametri i kristaleve të vetme të karbit të silicit ka evoluar nga disa milimetra në madhësi 6 inç, 8 inç dhe madje edhe më të mëdha 12 inç. Kristalet SiC me diametër të madh përmirësojnë efikasitetin e prodhimit, ulin kostot dhe plotësojnë kërkesat e pajisjeve me fuqi të lartë.
2. Rritje me Cilësi të Lartë
   Kristalet e vetme SiC me cilësi të lartë janë thelbësore për pajisjet me performancë të lartë. Megjithëse është bërë përparim i konsiderueshëm, ende ekzistojnë defekte të tilla si mikrotubat, zhvendosjet dhe papastërtitë, të cilat ndikojnë në performancën dhe besueshmërinë e pajisjes.
3. Ulja e kostos
   Kostoja e lartë e përgatitjes së kristaleve SiC kufizon zbatimin e tij në fusha të caktuara. Optimizimi i proceseve të rritjes, përmirësimi i efikasitetit të prodhimit dhe ulja e kostove të lëndëve të para mund të ndihmojnë në uljen e shpenzimeve të prodhimit.
4. Rritje Inteligjente
   Me përparimet në inteligjencën artificiale dhe të dhënat e mëdha (Big Data), teknologjia e rritjes së kristaleve SiC do të përdorë gjithnjë e më shumë zgjidhje inteligjente. Monitorimi dhe kontrolli në kohë reale duke përdorur sensorë dhe sisteme të automatizuara do të rrisë stabilitetin dhe kontrollueshmërinë e procesit. Përveç kësaj, analiza e të dhënave të mëdha (Big Data) mund të optimizojë parametrat e rritjes, duke përmirësuar cilësinë e kristaleve dhe efikasitetin e prodhimit.

Teknologjia e përgatitjes së kristaleve të vetme të karbit të silicit me cilësi të lartë është një fokus kyç në kërkimin e materialeve gjysmëpërçuese. Ndërsa teknologjia përparon, teknikat e rritjes së kristalit SiC do të vazhdojnë të evoluojnë, duke siguruar një bazë të fortë për aplikimet në fushat me temperaturë të lartë, frekuencë të lartë dhe fuqi të lartë.