Tantangan tungku pertumbuhan kristal silikon karbida

Itutungku pertumbuhan kristaladalah peralatan inti untuk menumbuhkan kristal silikon karbida, berbagi kesamaan dengan tungku pertumbuhan kristal silikon tradisional. Struktur tungku tidak terlalu kompleks, terutama terdiri dari bodi tungku, sistem pemanas, mekanisme penggerak koil, sistem perolehan vakum dan pengukuran, sistem pasokan gas, sistem pendingin, dan sistem kontrol. Bidang termal dan kondisi proses dalam tungku menentukan parameter kritis seperti kualitas, ukuran, dan konduktivitas listrik dari kristal silikon karbida.

Di satu sisi, suhu selama pertumbuhan kristal silikon karbida sangat tinggi dan tidak dapat dipantau secara real-time, sehingga tantangan utama terletak pada proses itu sendiri.Tantangan utamanya adalah sebagai berikut:

(1) Kesulitan dalam kontrol medan termal: Pemantauan di ruang suhu tinggi yang disegel menantang dan tidak terkendali. Tidak seperti peralatan pertumbuhan kristal langsung berbasis solusi berbasis silikon berbasis silikon, yang memiliki tingkat otomatisasi yang tinggi dan memungkinkan proses pertumbuhan yang dapat diamati dan dapat disesuaikan, kristal silikon karbida tumbuh dalam lingkungan suhu tinggi yang disegel di atas 2.000 ° C, dan kontrol suhu yang tepat diperlukan selama produksi, membuat kontrol suhu menjadi sangat menantang;

(2) Tantangan kontrol struktur kristal: Proses pertumbuhan rentan terhadap cacat seperti mikrotube, inklusi polimorfik, dan dislokasi, yang berinteraksi dan berevolusi satu sama lain.

Mikrotub (MP) adalah cacat tipe melalui ukuran mulai dari beberapa mikrometer hingga puluhan mikrometer, dan dianggap cacat pembunuh untuk perangkat; Kristal tunggal silikon karbida mencakup lebih dari 200 struktur kristal yang berbeda, tetapi hanya beberapa struktur kristal (tipe 4H) yang cocok sebagai bahan semikonduktor untuk produksi. Transformasi struktur kristal selama pertumbuhan dapat menyebabkan cacat pengotor polimorfik, sehingga kontrol yang tepat dari rasio silikon-ke-karbon, gradien suhu pertumbuhan, laju pertumbuhan kristal, dan parameter aliran/tekanan gas diperlukan;

Selain itu, gradien suhu di medan termal selama pertumbuhan kristal tunggal silikon karbida menghasilkan tekanan internal primer dan cacat yang diinduksi seperti dislokasi (dislokasi bidang basal BPD, dislokasi twist TSD, dan dislokasi tepi TED), yang mempengaruhi kualitas dan kinerja lapisan epitaxial selanjutnya.

(3) Kesulitan dalam kontrol doping: Pengotor eksternal harus dikontrol secara ketat untuk mendapatkan kristal konduktif yang didoping secara terarah;

(4) Tingkat pertumbuhan yang lambat: Laju pertumbuhan kristal silikon karbida sangat lambat. Sementara bahan silikon tradisional dapat membentuk batang kristal hanya dalam 3 hari, batang kristal silikon karbida membutuhkan 7 hari, menghasilkan efisiensi produksi yang secara inheren lebih rendah dan output yang sangat terbatas.

Di sisi lain, parameter untukpertumbuhan epitaxial silikon karbidasangat ketat, termasuk kinerja penyegelan peralatan, stabilitas tekanan ruang reaksi, kontrol yang tepat dari waktu pengantar gas, rasio gas yang akurat, dan manajemen ketat suhu pengendapan. Terutama ketika peringkat tegangan perangkat meningkat, kesulitan mengendalikan parameter wafer epitaxial inti meningkat secara signifikan. Selain itu, ketika ketebalan lapisan epitaxial meningkat, memastikan resistivitas seragam sambil mempertahankan ketebalan dan mengurangi kepadatan cacat telah menjadi tantangan besar lainnya.

Dalam sistem kontrol listrik, integrasi sensor dan aktuator presisi tinggi diperlukan untuk memastikan bahwa semua parameter diatur secara akurat dan stabil. Optimalisasi algoritma kontrol juga penting, karena mereka harus dapat menyesuaikan strategi kontrol secara real-time berdasarkan sinyal umpan balik untuk beradaptasi dengan berbagai perubahan selama proses pertumbuhan epitaxial silikon karbida.

Tantangan utama dalam manufaktur substrat sic:

Dari sisi penawaran, untukTungku pertumbuhan kristal sic, karena faktor -faktor seperti siklus sertifikasi peralatan yang panjang, biaya tinggi yang terkait dengan pemasok switching, dan risiko stabilitas, pemasok domestik belum memasok peralatan ke produsen SIC utama internasional. Di antara mereka, produsen silikon karbida terkemuka internasional seperti Wolfspeed, Coherent, dan ROHM terutama menggunakan peralatan pertumbuhan kristal yang dikembangkan dan diproduksi di rumah, sementara produsen substrat silikon karbida utama internasional lainnya membeli peralatan pertumbuhan kristal dari PVA Tepla Jerman dan Nissin Kikai Co., Ltd., Ltd., Ltd., Ltd., Ltda Nissin Kikai, Ltd., Ltd., Ltda.