Správy

Ako dosiahnuť vysoko kvalitný rast kryštálov? - Rastová pec SIC Crystal

SiC Crystal Growth Furnace


1. Aký je základný princíp rastovej pece kryštálových kryštálov kremíka?


Pracovným princípom rastovej pecy kremíkového karbidu je fyzická sublimácia (PVT). Metóda PVT je jednou z najúčinnejších metód pestovania jednotlivých kryštálov s vysokou čistotou SIC. Prostredníctvom presnej kontroly tepelného poľa, atmosféry a parametrov rastu môže rastová pec kryštálov kremíkových karbidov stabilne pracovať pri vysokých teplotách na dokončenie sublimácie, prenosu plynnej fázy a kondenzačného kryštalizačného procesuPrášok SIC.


1.1 Pracovný princíp rastovej pece

● Metóda PVT

Jadrom PVT metódy je sublimovať prášok karbidu kremíka do plynných zložiek pri vysokých teplotách a kondenzovať na kryštáli semien cez prenos plynovej fázy za vzniku jednej kryštálovej štruktúry. Táto metóda má významné výhody pri príprave vysokokvalitných kryštálov s veľkou veľkosťou.


● Základný proces rastu kryštálov

✔ sublimácia: SIC prášok v tégliku je sublimovaný do plynných zložiek, ako sú Si, C2 a SIC2 pri vysokej teplote nad 2000 ℃.

✔ Preprava: Pri pôsobení tepelného gradientu sa plynné komponenty prenášajú z vysokoteplotnej zóny (prášková zóna) do zóny s nízkou teplotou (povrch semienka).

✔ kondenzačná kryštalizácia: Prchavé komponenty sa zrážajú na povrchu kryštálov semien a rastú pozdĺž smeru mriežky, aby sa vytvoril jediný kryštál.


1.2 Špecifické princípy rastu kryštálov

Proces rastu kryštálov kremíkových karbidov je rozdelený do troch štádií, ktoré sú navzájom úzko spojené a ovplyvňujú konečnú kvalitu kryštálu.


✔ sublimácia práškového práškuPri podmienkach vysokej teploty bude tuhý SIC (karbid kremíka) sublimovaný do plynného kremíka (SI) a plynného uhlíka (C) a reakcia je nasledujúca:


SIC (S) → Si (g) + c (g)


A komplexnejšie sekundárne reakcie na generovanie prchavých plynných zložiek (napríklad sic2). Vysoká teplota je nevyhnutnou podmienkou na podporu sublimačných reakcií.


✔ Preprava plynovej fázyPlynné komponenty sa prepravujú z sublimačnej zóny téglika do zóny semien pod pohonom teplotného gradientu. Stabilita prietoku plynu určuje rovnomernosť depozície.


✔ kondenzačná kryštalizáciaPri nižších teplotách sa prchavé plynné zložky kombinujú s povrchom kryštálu semien za vzniku tuhých kryštálov. Tento proces zahŕňa komplexné mechanizmy termodynamiky a kryštalografie.


1.3 Kľúčové parametre pre rast kryštálov kremíkových karbidov

Kvalitné kryštály SIC vyžadujú presnú kontrolu nasledujúcich parametrov:


✔ teplotaSublimačná zóna sa musí udržiavať nad 2000 ℃, aby sa zabezpečilo úplný rozklad prášku. Teplota semennej zóny sa reguluje pri 1600-1800 ℃, aby sa zabezpečila mierna rýchlosť ukladania.


✔ Tlak: Rast PVT sa zvyčajne vykonáva v nízkotlakovom prostredí 10-20 TORR, aby sa udržala stabilita transportu plynnej fázy. Too vysoký alebo príliš nízky tlak povedie k príliš rýchlemu rýchlosti rastu kryštálov alebo k zvýšeniu defektov.


✔ atmosféraPoužite argón s vysokou čistotou ako nosný plyn, aby ste predišli kontaminácii nečistoty počas reakčného procesu. Čistota atmosféry je rozhodujúca pre potlačenie defektov kryštálov.


✔ ČasČas rastu kryštálov je zvyčajne až desiatky hodín, aby sa dosiahol rovnomerný rast a primeraná hrúbka.


2. Aká je štruktúra rastovej pece kryštálových kryštálov kremíka?


the structure of PVT method SiC Single crystal growth process


Optimalizácia štruktúry rastovej pece kryštálov kremíkových karbidov sa zameriava hlavne na vykurovanie vysokej teploty, reguláciu atmosféry, navrhovanie a monitorovací systém teplotného poľa.


2.1 Hlavné komponenty rastovej pece


Vykurovací systém s vysokou teplotou

Odporné zahrievanie: Na priame zabezpečenie tepelnej energie používajte drôt odporu s vysokým teplotou (napríklad molybdén, volfrámu). Výhodou je presnosť s vysokou reguláciou teploty, ale život je obmedzený pri vysokej teplote.

Indukčné zahrievanie: Vykurovanie vírivého prúdu sa vytvára v tégliku prostredníctvom indukčnej cievky. Má výhody vysokej účinnosti a bezkontaktných, ale náklady na vybavenie sú relatívne vysoké.


Graphitovi téglika a semeno substrátu

✔ Vysoko čistota grafitého téglika zaisťuje stabilitu vysokej teploty.

✔ Návrh stanice osiva musí brať do úvahy rovnomernosť prúdenia vzduchu a tepelnú vodivosť.


Regulačné zariadenie

✔ Vybavený systémom dodávania plynu s vysokou čistotou a ventilom regulujúcim tlak, aby sa zabezpečila čistota a stabilita reakčného prostredia.


Dizajn uniformity teploty

✔ Optimalizáciou hrúbky téglikovej steny, distribúcie vykurovacích prvkov a štruktúry tepelného štítu sa dosiahne rovnomerné rozdelenie teplotného poľa, čím sa znižuje vplyv tepelného napätia na kryštál.


2.2 Teplotné pole a dizajn tepelného gradientu

Dôležitosť uniformity teplotného poľaNerovnomerné teplotné pole povedie k rôznym rýchlostiam miestneho rastu a defektom vo vnútri kryštálu. Rovnomernosť teplotného poľa sa dá výrazne vylepšiť prostredníctvom návrhu prstencovej symetrie a optimalizácie tepelného štítu.


Presná kontrola tepelného gradientuUpravte distribúciu energie ohrievačov a použite tepelné štíty na oddelenie rôznych oblastí, aby ste znížili teplotné rozdiely. Pretože tepelné gradienty majú priamy vplyv na hrúbku kryštálu a kvalitu povrchu.


2.3 Monitorovací systém pre proces rastu kryštálov

Monitorovanie teplotyNa monitorovanie teploty sublimačnej zóny a semien zóny použite teplotné snímače vlákien. Systém spätnej väzby údajov môže automaticky upraviť vykurovací výkon.


Monitorovanie rýchlosti rastuNa meranie rýchlosti rastu kryštálového povrchu použite interferometriu laseru. Kombinujte monitorovacie údaje s modelovacími algoritmami, aby ste dynamicky optimalizovali proces.


3. Aké sú technické ťažkosti rastovej pece kryštálov kremíka?


Technické prekážky rastovej pecy kremíkového karbidu kremíka sa koncentrujú hlavne vo vysokoteplotných materiáloch, regulácii teplotného poľa, potlačením defektov a expanziou veľkosti.


3.1 Výber a výzvy materiálov s vysokou teplotou

Grafitsa ľahko oxiduje pri extrémne vysokých teplotách aNáter SICMusí sa pridať na zlepšenie oxidačnej odolnosti. Kvalita povlaku priamo ovplyvňuje životnosť pece.

Životnosť a teplotný limit vykurovacieho prvku. Vysokoteplotné vodiče odporu musia mať vysoký odpor únavy. Indukčné vykurovacie zariadenie musí optimalizovať návrh rozptylu tepla cievok.


3.2 Presná kontrola teploty a tepelného poľa

Vplyv nejednotného tepelného poľa povedie k zvýšeniu stohovacích porúch a dislokácií. Na detekciu problémov vopred musí byť optimalizovaný model simulácie tepelného poľa pece.


Spoľahlivosť monitorovacích zariadení s vysokým teplotou. Senzory s vysokou teplotou musia byť odolné voči žiareniu a tepelnému šoku.


3.3 Kontrola defektov kryštálov

Hlavné typy defektov sú poruchy stohovania, dislokácie a polymorfné hybridy. Optimalizácia tepelného poľa a atmosféry pomáha znižovať hustotu defektov.

Kontrola zdrojov nečistôt. Použitie materiálov s vysokou čistotou a utesnenie pece sú rozhodujúce pre potlačenie nečistoty.


3,4 Výzvy rastu veľkých kryštálov

Požiadavky rovnomernosti tepelného poľa pre rozšírenie veľkosti. Ak sa veľkosť kryštálu rozšíri z 4 palcov na 8 palcov, musí sa dizajn uniformity teplotného poľa úplne vylepšiť.

Riešenie problémov s praskaním a deformáciou. Znížte deformáciu kryštálov znížením gradientu tepelného stresu.


4. Aké sú suroviny pre rastúce vysoko kvalitné kryštály SIC?


Vetek Semiconductor vyvinul novú jednorazovú surovinu SIC -Surovina CVD SIC s vysokou čistotou. Tento produkt vyplňuje domácu medzeru a je na celom svete na poprednej úrovni a bude v súťaži v dlhodobom vedúcich pozíciách. Tradičné suroviny karbidu kremíka sa vyrábajú reakciou vysoko čistoty kremíka a grafitu, ktoré majú vysoké náklady, nízku čistotu a malú veľkosť.


Technológia fluidného lôžka vek-semikončného lôžka Vetek využíva metyltrichlórozilán na vytváranie surovín karbidu kremíka prostredníctvom ukladania chemickej pary a hlavným vedľajším produktom je kyselina chlorovodíková. Kyselina chlorovodíková môže tvoriť soli neutralizáciou alkali a nespôsobí žiadne znečistenie životného prostredia. 


Zároveň je metyltrichlórozilánom široko používaným priemyselným plynom s nízkymi nákladmi a širokými zdrojmi, najmä Čína je hlavným producentom metyltrichlórsilanu. Preto vysoká čistota veteka polovodičaSurovina CVD SICmá medzinárodnú vedúcu konkurencieschopnosť, pokiaľ ide o náklady a kvalitu. Čistota surovín CVD SIC s vysokou čistotou je vyššia ako 99,995%.


High purity CVD SiC raw materials

✔ Veľká veľkosť a vysoká hustotaPriemerná veľkosť častíc je asi 4-10 mm a veľkosť častíc domácich surovín Acheson je <2,5 mm. Rovnaký objem Crucible môže držať viac ako 1,5 kg surovín, čo vedie k riešeniu problému nedostatočného dodávania rastových materiálov s veľkým veľkosti, zmierňuje grafitizáciu surovín, znižovanie uhlíka a zlepšenie kvality kryštálov.


✔ Nízky pomer SI/CJe bližšie k 1: 1 ako achesonové suroviny metódy samo-propagujúcej, ktoré môžu znížiť defekty vyvolané zvýšením čiastočného tlaku SI.


✔ Vysoká výstupná hodnotaPestované suroviny stále udržiavajú prototyp, znižujú rekryštalizáciu, znižujú grafitizáciu surovín, znižujú defekty obalu uhlíka a zlepšujú kvalitu kryštálov.


✔ Vyššia čistotaČistota surovín produkovaných metódou CVD je vyššia ako čistota surovín Achesonu metódy samoobsluhy. Obsah dusíka dosiahol 0,09 ppm bez ďalšieho čistenia. Táto surovina môže tiež zohrávať dôležitú úlohu v polo-izračnom poli.


✔ Nižšie nákladyRovnomerná miera odparovania uľahčuje kontrolu procesu a kvality produktu a zároveň zlepšuje mieru využitia surovín (miera využitia> 50%, 4,5 kg suroviny produkuje 3,5 kg ingots), čím sa znižuje náklady.


✔ Nízka miera chybovosti v ľudskomChemické ukladanie pary sa vyhýba nečistotám zavedeným ľudskou prevádzkou.


Súvisiace správy
X
We use cookies to offer you a better browsing experience, analyze site traffic and personalize content. By using this site, you agree to our use of cookies. Privacy Policy
Reject Accept