Metodat kryesore për rritjen e kristaleve të vetme të karbidit të silicit përfshijnë Transportin Fizik të Avullit (PVT), Rritjen e Tretësirës nga Sipër (TSSG) dhe Depozitimin Kimik të Avullit në Temperaturë të Lartë (HT-CVD).

Midis këtyre, metoda PVT është bërë teknika kryesore për prodhimin industrial për shkak të konfigurimit relativisht të thjeshtë të pajisjeve, lehtësisë së funksionimit dhe kontrollit, si dhe kostove më të ulëta të pajisjeve dhe operacioneve.

---

Pikat kryesore teknike të rritjes së kristalit SiC duke përdorur metodën PVT

Për të rritur kristalet e karbidit të silicit duke përdorur metodën PVT, duhet të kontrollohen me kujdes disa aspekte teknike:

1. Pastërtia e materialeve të grafitit në fushën termike
   Materialet e grafitit të përdorura në fushën termike të rritjes së kristaleve duhet të përmbushin kërkesa të rrepta pastërtie. Përmbajtja e papastërtive në përbërësit e grafitit duhet të jetë nën 5×10⁻⁶, dhe për feltrat izolues nën 10×10⁻⁶. Në mënyrë specifike, përmbajtja e borit (B) dhe aluminit (Al) duhet të jetë secila nën 0.1×10⁻⁶.

2. Polariteti i saktë i kristalit të farës
   Të dhënat empirike tregojnë se faqja C (0001) është e përshtatshme për rritjen e kristaleve 4H-SiC, ndërsa faqja Si (0001) është e përshtatshme për rritjen e kristaleve 6H-SiC.

3. Përdorimi i kristaleve të farës jashtë boshtit
   Farat jashtë boshtit mund të ndryshojnë simetrinë e rritjes, të zvogëlojnë defektet e kristaleve dhe të nxisin cilësi më të mirë të kristaleve.

4. Teknikë e besueshme e lidhjes së kristaleve të farës
   Lidhja e duhur midis kristalit të farës dhe mbajtësit është thelbësore për stabilitetin gjatë rritjes.

5. Ruajtja e Stabilitetit të Ndërfaqes së Rritjes
   Gjatë gjithë ciklit të rritjes së kristalit, ndërfaqja e rritjes duhet të mbetet e qëndrueshme për të siguruar zhvillim të kristalit me cilësi të lartë.

 

---

Teknologjitë kryesore në rritjen e kristaleve të SiC

1. Teknologjia e Dopingut për Pluhurin SiC

Dopimi i pluhurit SiC me cerium (Ce) mund të stabilizojë rritjen e një politipi të vetëm siç është 4H-SiC. Praktika ka treguar se dopimi i Ce mund të:

• Rrit shkallën e rritjes së kristaleve SiC;

• Përmirësoni orientimin e kristalit për një rritje më uniforme dhe të drejtuar;

• Zvogëlon papastërtitë dhe defektet;

• Shtyp korrozionin e pjesës së pasme të kristalit;

• Rrit shkallën e rendimentit të kristalit të vetëm.

2. Kontrolli i Gradientëve Termikë Aksialë dhe Radialë

Gradientët aksialë të temperaturës ndikojnë në politipin e kristalit dhe shkallën e rritjes. Një gradient shumë i vogël mund të çojë në përfshirje të politipit dhe transport të reduktuar të materialit në fazën e avullit. Optimizimi i gradientëve aksialë dhe radialë është kritik për rritje të shpejtë dhe të qëndrueshme të kristalit me cilësi të qëndrueshme.

3. Teknologjia e Kontrollit të Zhvendosjes së Planit Bazal (BPD)

BPD-të formohen kryesisht për shkak të stresit të prerjes që tejkalon pragun kritik në kristalet SiC, duke aktivizuar sistemet e rrëshqitjes. Meqenëse BPD-të janë pingule me drejtimin e rritjes, ato zakonisht lindin gjatë rritjes dhe ftohjes së kristalit. Minimizimi i stresit të brendshëm mund të zvogëlojë ndjeshëm dendësinë e BPD-së.

4. Kontrolli i Raportit të Përbërjes së Fazës së Avujve

Rritja e raportit karbon-silic në fazën e avullit është një metodë e provuar për të nxitur rritjen e politipit të vetëm. Një raport i lartë C/Si zvogëlon grumbullimin makrohapësh dhe ruan trashëgiminë sipërfaqësore nga kristali i farës, duke shtypur kështu formimin e politipeve të padëshiruara.

5. Teknikat e Rritjes me Stres të Ulët

Stresi gjatë rritjes së kristalit mund të çojë në plane të lakuara të rrjetës, çarje dhe dendësi më të larta të BPD-së. Këto defekte mund të përhapen në shtresat epitaksiale dhe të ndikojnë negativisht në performancën e pajisjes.

Disa strategji për të zvogëluar stresin e brendshëm të kristalit përfshijnë:

• Rregullimi i shpërndarjes së fushës termike dhe parametrave të procesit për të nxitur rritjen afër ekuilibrit;

• Optimizimi i dizajnit të enës së shkrirjes për të lejuar që kristali të rritet lirisht pa kufizime mekanike;

• Përmirësimi i konfigurimit të mbajtëses së farës për të zvogëluar mospërputhjen e zgjerimit termik midis farës dhe grafitit gjatë ngrohjes, shpesh duke lënë një hendek prej 2 mm midis farës dhe mbajtëses;

• Rafinimi i proceseve të pjekjes, duke lejuar që kristali të ftohet me furrën dhe duke rregulluar temperaturën dhe kohëzgjatjen për të lehtësuar plotësisht stresin e brendshëm.

---

Trendet në Teknologjinë e Rritjes së Kristalit SiC

1. Madhësi më të mëdha kristalesh
Diametrat e kristaleve të vetme SiC janë rritur nga vetëm disa milimetra në pllaka 6 inç, 8 inç dhe madje 12 inç. Plastikat më të mëdha rrisin efikasitetin e prodhimit dhe ulin kostot, ndërkohë që plotësojnë kërkesat e aplikacioneve të pajisjeve me fuqi të lartë.

2. Cilësi më e lartë e kristaleve
Kristalet SiC me cilësi të lartë janë thelbësore për pajisjet me performancë të lartë. Pavarësisht përmirësimeve të rëndësishme, kristalet aktuale ende shfaqin defekte të tilla si mikrotuba, zhvendosje dhe papastërti, të cilat të gjitha mund të ulin performancën dhe besueshmërinë e pajisjes.

3. Ulja e kostos
Prodhimi i kristalit SiC është ende relativisht i shtrenjtë, duke kufizuar përdorimin më të gjerë. Ulja e kostove përmes proceseve të optimizuara të rritjes, rritjes së efikasitetit të prodhimit dhe kostove më të ulëta të lëndëve të para është thelbësore për zgjerimin e aplikimeve në treg.

4. Prodhim Inteligjent
Me përparimet në inteligjencën artificiale dhe teknologjitë e të dhënave të mëdha, rritja e kristalit SiC po lëviz drejt proceseve inteligjente dhe të automatizuara. Sensorët dhe sistemet e kontrollit mund të monitorojnë dhe rregullojnë kushtet e rritjes në kohë reale, duke përmirësuar stabilitetin dhe parashikueshmërinë e procesit. Analiza e të dhënave mund të optimizojë më tej parametrat e procesit dhe cilësinë e kristalit.

Zhvillimi i teknologjisë së rritjes së kristaleve të vetme SiC me cilësi të lartë është një fokus i madh në kërkimin e materialeve gjysmëpërçuese. Ndërsa teknologjia përparon, metodat e rritjes së kristaleve do të vazhdojnë të evoluojnë dhe përmirësohen, duke siguruar një bazë të fortë për aplikimet e SiC në pajisjet elektronike me temperaturë të lartë, frekuencë të lartë dhe fuqi të lartë.