Bagaimana cara mencapai pertumbuhan kristal berkualitas tinggi? - tungku pertumbuhan kristal sic

1. Apa prinsip dasar tungku pertumbuhan kristal silikon karbida?

Prinsip kerja tungku pertumbuhan kristal silikon karbida adalah sublimasi fisik (PVT). Metode PVT adalah salah satu metode yang paling efisien untuk menumbuhkan kristal tunggal SIC dengan kemurnian tinggi. Melalui kontrol yang tepat dari medan termal, atmosfer, dan parameter pertumbuhan, tungku pertumbuhan kristal silikon karbida dapat beroperasi secara stabil pada suhu tinggi untuk menyelesaikan proses kristalisasi sublimasi, fase gas dan kondensasi dari proses kristalisasi kondensasiBubuk sic.

1.1 Prinsip Kerja Tungku Pertumbuhan

● Metode PVT

Inti dari metode PVT adalah untuk membubarkan bubuk silikon karbida ke dalam komponen gas pada suhu tinggi, dan mengembun pada kristal biji melalui transmisi fase gas untuk membentuk struktur kristal tunggal. Metode ini memiliki keunggulan yang signifikan dalam mempersiapkan kristal ukuran tinggi, ukuran besar.

● Proses dasar pertumbuhan kristal

✔ Sublimasi: Bubuk sic di wadah disublimasikan menjadi komponen gas seperti Si, C2 dan SIC2 pada suhu tinggi di atas 2000 ℃.

✔ Transportasi: Di bawah aksi gradien termal, komponen gas ditransmisikan dari zona suhu tinggi (zona bubuk) ke zona suhu rendah (permukaan kristal biji).

✔ Kristalisasi kondensasi: Komponen volatil mengendapkan pada permukaan kristal biji dan tumbuh di sepanjang arah kisi untuk membentuk kristal tunggal.

1.2 Prinsip pertumbuhan kristal spesifik

Proses pertumbuhan kristal silikon karbida dibagi menjadi tiga tahap, yang terkait erat satu sama lain dan mempengaruhi kualitas akhir kristal.

✔ sublimasi bubuk sic: Dalam kondisi suhu tinggi, SIC padat (silikon karbida) akan menyublim menjadi gas silikon (SI) dan karbon gas (C), dan reaksinya adalah sebagai berikut:

Sic (s) → si (g) + c (g)

Dan reaksi sekunder yang lebih kompleks untuk menghasilkan komponen gas yang mudah menguap (seperti SIC2). Suhu tinggi adalah kondisi yang diperlukan untuk mempromosikan reaksi sublimasi.

✔ Transportasiasi Fase Gas: Komponen gas diangkut dari zona sublimasi wadah ke zona benih di bawah dorongan gradien suhu. Stabilitas aliran gas menentukan keseragaman deposisi.

✔ Kristalisasi kondensasi: Pada suhu yang lebih rendah, komponen gas volatil dikombinasikan dengan permukaan kristal biji untuk membentuk kristal padat. Proses ini melibatkan mekanisme termodinamika dan kristalografi yang kompleks.

1.3 Parameter utama untuk pertumbuhan kristal silikon karbida

Kristal SIC berkualitas tinggi membutuhkan kontrol yang tepat dari parameter berikut:

✔ suhu: Zona sublimasi perlu disimpan di atas 2000 ℃ untuk memastikan dekomposisi bubuk yang lengkap. Suhu zona benih dikendalikan pada 1600-1800 ℃ untuk memastikan laju pengendapan sedang.

✔ Tekanan: Pertumbuhan PVT biasanya dilakukan dalam lingkungan bertekanan rendah 10-20 Torr untuk mempertahankan stabilitas transportasi fase gas. Tekanan tinggi atau terlalu rendah akan menyebabkan laju pertumbuhan kristal yang terlalu cepat atau peningkatan cacat.

✔ Suasana: Gunakan argon dengan kemurnian tinggi sebagai gas pembawa untuk menghindari kontaminasi pengotor selama proses reaksi. Kemurnian atmosfer sangat penting untuk penindasan cacat kristal.

✔ Waktu: Waktu pertumbuhan kristal biasanya hingga puluhan jam untuk mencapai pertumbuhan yang seragam dan ketebalan yang sesuai.

2. Apa struktur tungku pertumbuhan kristal silikon karbida?

Optimalisasi struktur tungku pertumbuhan kristal silikon karbida terutama berfokus pada pemanasan suhu tinggi, kontrol atmosfer, desain bidang suhu dan sistem pemantauan.

2.1 Komponen utama dari pertumbuhan tungku

● Sistem pemanas suhu tinggi

✔ Pemanasan resistensi: Gunakan kawat resistensi suhu tinggi (seperti molibdenum, tungsten) untuk secara langsung menyediakan energi panas. Keuntungannya adalah akurasi kontrol suhu tinggi, tetapi hidupnya terbatas pada suhu tinggi.

✔ Pemanasan induksi: Pemanasan arus eddy dihasilkan dalam wadah melalui kumparan induksi. Ini memiliki keunggulan efisiensi tinggi dan non-kontak, tetapi biaya peralatan relatif tinggi.

● Stasiun biji Crucible dan Substrat Grafit

Crucible Graphite dengan kemurnian tinggi memastikan stabilitas suhu tinggi.

✔ Desain stasiun benih harus memperhitungkan keseragaman aliran udara dan konduktivitas termal.

● Perangkat kontrol atmosfer

✔ Dilengkapi dengan sistem pengiriman gas dengan kemurnian tinggi dan katup pengatur tekanan untuk memastikan kemurnian dan stabilitas lingkungan reaksi.

● Desain Keseragaman Bidang Suhu

✔ Dengan mengoptimalkan ketebalan dinding wadah, distribusi elemen pemanasan dan struktur pelindung panas, distribusi seragam bidang suhu tercapai, mengurangi dampak tegangan termal pada kristal.

2.2 bidang suhu dan desain gradien termal

✔ Pentingnya Keseragaman Bidang Suhu: Bidang suhu yang tidak merata akan menyebabkan tingkat pertumbuhan dan cacat lokal yang berbeda di dalam kristal. Keseragaman bidang suhu dapat sangat ditingkatkan melalui desain simetri annular dan optimasi perisai panas.

✔ Kontrol gradien termal yang tepat: Sesuaikan distribusi daya pemanas dan gunakan perisai panas untuk memisahkan area yang berbeda untuk mengurangi perbedaan suhu. Karena gradien termal memiliki dampak langsung pada ketebalan kristal dan kualitas permukaan.

2.3 Sistem Pemantauan untuk Proses Pertumbuhan Kristal

✔ Pemantauan suhu: Gunakan sensor suhu serat optik untuk memantau suhu real-time dari zona sublimasi dan zona benih. Sistem umpan balik data dapat secara otomatis menyesuaikan daya pemanas.

✔ Pemantauan Tingkat Pertumbuhan: Gunakan interferometri laser untuk mengukur laju pertumbuhan permukaan kristal. Gabungkan data pemantauan dengan algoritma pemodelan untuk mengoptimalkan proses secara dinamis.

3. Apa kesulitan teknis tungku pertumbuhan kristal silikon karbida?

Hambatan teknis tungku pertumbuhan kristal silikon karbida terutama terkonsentrasi pada bahan suhu tinggi, kontrol medan suhu, penekanan cacat dan ekspansi ukuran.

3.1 Seleksi dan Tantangan Bahan Suhu Tinggi

Grafitmudah teroksidasi pada suhu yang sangat tinggi, danLapisan sicperlu ditambahkan untuk meningkatkan resistensi oksidasi. Kualitas lapisan secara langsung mempengaruhi kehidupan tungku.

Batas Hidup Elemen dan Suhu Pemanasan. Kabel resistensi suhu tinggi perlu memiliki resistensi kelelahan tinggi. Peralatan pemanas induksi perlu mengoptimalkan desain disipasi panas kumparan.

3.2 Kontrol Suhu dan Bidang Termal yang Tepat

Pengaruh medan termal yang tidak seragam akan menyebabkan peningkatan kesalahan susun dan dislokasi. Model simulasi medan termal tungku perlu dioptimalkan untuk mendeteksi masalah terlebih dahulu.

Keandalan peralatan pemantauan suhu tinggi. Sensor suhu tinggi harus tahan terhadap radiasi dan guncangan termal.

3.3 Kontrol cacat kristal

Menumpuk kesalahan, dislokasi dan hibrida polimorfik adalah tipe cacat utama. Mengoptimalkan bidang termal dan atmosfer membantu mengurangi kepadatan cacat.

Kontrol sumber pengotor. Penggunaan bahan kemurnian tinggi dan penyegelan tungku sangat penting untuk penindasan pengotor.

3.4 Tantangan pertumbuhan kristal ukuran besar

Persyaratan keseragaman medan termal untuk ekspansi ukuran. Ketika ukuran kristal diperluas dari 4 inci hingga 8 inci, desain keseragaman medan suhu perlu ditingkatkan sepenuhnya.

Solusi untuk memecahkan dan membengkokkan masalah. Mengurangi deformasi kristal dengan mengurangi gradien stres termal.

4. Apa bahan baku untuk menumbuhkan kristal SIC berkualitas tinggi?

Vetek Semiconductor telah mengembangkan bahan baku kristal tunggal SIC baru -Bahan baku CVD SIC kemurnian tinggi. Produk ini mengisi celah domestik dan juga berada di tingkat terkemuka secara global, dan akan berada dalam posisi terkemuka jangka panjang dalam kompetisi. Bahan baku silikon karbida tradisional diproduksi oleh reaksi silikon dan grafit dengan kemurnian tinggi, yang biayanya tinggi, rendah kemurnian dan ukurannya kecil.

Teknologi tempat tidur terfluidisasi semikonduktor Vetek menggunakan methyltrichlorosilane untuk menghasilkan bahan baku silikon karbida melalui deposisi uap kimia, dan produk sampingan utama adalah asam klorida. Asam klorida dapat membentuk garam dengan menetralkan dengan alkali, dan tidak akan menyebabkan polusi terhadap lingkungan. 

Pada saat yang sama, Methyltrichlorosilane adalah gas industri yang banyak digunakan dengan biaya rendah dan sumber lebar, terutama Cina adalah produsen utama methyltrichlorosilane. Oleh karena itu, kemurnian tinggi semikonduktor VetekBahan baku cvd sicmemiliki daya saing terkemuka internasional dalam hal biaya dan kualitas. Kemurnian bahan baku CVD SIC yang tinggi lebih tinggi dari 99,9995%.

✔ Ukuran besar dan kepadatan tinggi: Ukuran partikel rata-rata adalah sekitar 4-10mm, dan ukuran partikel bahan baku Acheson domestik adalah <2,5mm. Volume yang sama wadah dapat menampung lebih dari 1,5kg bahan baku, yang kondusif untuk memecahkan masalah pasokan bahan pertumbuhan kristal ukuran besar yang tidak mencukupi, mengurangi grafitisasi bahan baku, mengurangi pembungkus karbon dan meningkatkan kualitas kristal.

✔ Rasio SI/C Rendah: Lebih dekat ke 1: 1 dari bahan baku Acheson dari metode propagasi diri, yang dapat mengurangi cacat yang disebabkan oleh peningkatan tekanan parsial Si.

✔ Nilai output tinggi: Bahan baku yang tumbuh masih mempertahankan prototipe, mengurangi rekristalisasi, mengurangi grafitisasi bahan baku, mengurangi cacat pembungkus karbon, dan meningkatkan kualitas kristal.

✔ Kemurnian yang lebih tinggi: Kemurnian bahan baku yang dihasilkan oleh metode CVD lebih tinggi daripada bahan baku Acheson dari metode propagasi diri. Kandungan nitrogen telah mencapai 0,09 ppm tanpa pemurnian tambahan. Bahan baku ini juga dapat memainkan peran penting dalam bidang semi-insulasi.

✔ Biaya yang lebih rendah: Tingkat penguapan seragam memfasilitasi proses dan kontrol kualitas produk, sambil meningkatkan tingkat pemanfaatan bahan baku (tingkat pemanfaatan> 50%, bahan baku 4,5kg menghasilkan ingot 3,5kg), mengurangi biaya.

✔ Tingkat kesalahan manusia yang rendah: Deposisi uap kimia menghindari kotoran yang diperkenalkan oleh operasi manusia.