Como obter crescimento de cristal de alta qualidade? - SIC CRISTAL CRESCIMENTO

1. Qual é o princípio básico do forno de crescimento de cristais de carboneto de silício?

O princípio de trabalho do forno de crescimento de cristal de carboneto de silício é a sublimação física (Pvt). O método PVT é um dos métodos mais eficientes para o cultivo de cristais únicos de alta pureza. Através do controle preciso do campo térmico, da atmosfera e dos parâmetros de crescimento, o forno de crescimento de cristais de carboneto de silício pode operar de forma estável a altas temperaturas para concluir o processo de cristalização da sublimação, transmissão de fase gasosa e condensaçãoSic pó.

1.1 Princípio de trabalho do forno de crescimento

● Método Pvt

O núcleo do método PVT é sublimar o pó de carboneto de silício em componentes gasosos a altas temperaturas e condensar o cristal de semente através da transmissão da fase gasosa para formar uma única estrutura cristalina. Este método tem vantagens significativas na preparação de cristais de alta pureza e tamanho grande.

● Processo básico de crescimento de cristais

✔ sublimação: O pó SiC no cadinho é sublimado em componentes gasosos como Si, C2 e Sic2 a uma alta temperatura acima de 2000 ℃.

✔ Transporte: Sob a ação do gradiente térmico, os componentes gasosos são transmitidos da zona de alta temperatura (zona de pó) para a zona de baixa temperatura (superfície do cristal de semente).

✔ Cristalização da condensação: Componentes voláteis precipitam na superfície do cristal de sementes e crescem ao longo da direção da treliça para formar um único cristal.

1.2 Princípios específicos de crescimento de cristais

O processo de crescimento dos cristais de carboneto de silício é dividido em três estágios, que estão intimamente ligados um ao outro e afetam a qualidade final do cristal.

✔ Sic Powder Sublimation: Sob condições de alta temperatura, o SiC sólido (carboneto de silício) sublimará em silício gasoso (SI) e carbono gasoso (c), e a reação é a seguinte:

Sic (s) → Si (g) + c (g)

E reações secundárias mais complexas para gerar componentes gasosos voláteis (como o SIC2). A alta temperatura é uma condição necessária para promover reações de sublimação.

✔ Transportee de fase gasosa: Os componentes gasosos são transportados da zona de sublimação do cadinho para a zona de sementes sob o acionamento do gradiente de temperatura. A estabilidade do fluxo de gás determina a uniformidade da deposição.

✔ Cristalização da condensação: Em temperaturas mais baixas, os componentes gasosos voláteis se combinam com a superfície do cristal de semente para formar cristais sólidos. Esse processo envolve mecanismos complexos de termodinâmica e cristalografia.

1.3 Parâmetros -chave para crescimento de cristal de carboneto de silício

Os cristais SiC de alta qualidade requerem controle preciso dos seguintes parâmetros:

✔ Temperatura: A zona de sublimação precisa ser mantida acima de 2000 ℃ para garantir a decomposição completa do pó. A temperatura da zona de semente é controlada em 1600-1800 ℃ para garantir uma taxa de deposição moderada.

✔ Pressão: O crescimento da PVT é geralmente realizado em um ambiente de baixa pressão de 10 a 20 Torr para manter a estabilidade do transporte de fase gasosa. A pressão alta ou muito baixa levará a uma taxa de crescimento de cristais muito rápida ou a um aumento de defeitos.

✔ Atmosfera: Use argônio de alta pureza como gás transportador para evitar contaminação por impureza durante o processo de reação. A pureza da atmosfera é crucial para a supressão de defeitos de cristal.

✔ Tempo: O tempo de crescimento do cristal geralmente chega a dezenas de horas para obter crescimento uniforme e espessura apropriada.

2. Qual é a estrutura do forno de crescimento de cristais de carboneto de silício?

A otimização da estrutura do forno de crescimento de cristais de carboneto de silício se concentra principalmente no aquecimento de alta temperatura, controle da atmosfera, design de campo de temperatura e sistema de monitoramento.

2.1 Componentes principais do forno de crescimento

● Sistema de aquecimento de alta temperatura

✔ Aquecimento de resistência: use o fio de resistência de alta temperatura (como molibdênio, tungstênio) para fornecer diretamente energia térmica. A vantagem é uma precisão de controle de alta temperatura, mas a vida é limitada em alta temperatura.

✔ Aquecimento de indução: o aquecimento da corrente de redemoinho é gerado no cadinho através de uma bobina de indução. Tem as vantagens de alta eficiência e não contato, mas o custo do equipamento é relativamente alto.

● Estação de semente de cadinho e substrato de grafite

✔ Crucivista de grafite de alta pureza garante estabilidade de alta temperatura.

✔ O projeto da estação de sementes deve levar em consideração a uniformidade do fluxo de ar e a condutividade térmica.

● Dispositivo de controle de atmosfera

✔ Equipado com um sistema de entrega de gás de alta pureza e uma válvula reguladora de pressão para garantir a pureza e a estabilidade do ambiente de reação.

● Projeto de uniformidade de campo de temperatura

✔ Otimizando a espessura da parede cadinho, a distribuição dos elementos de aquecimento e a estrutura da blindagem de calor, é alcançada a distribuição uniforme do campo de temperatura, reduzindo o impacto da tensão térmica no cristal.

2.2 Campo de temperatura e projeto de gradiente térmico

✔ Importância da uniformidade do campo de temperatura: O campo de temperatura desigual levará a diferentes taxas de crescimento local e defeitos dentro do cristal. A uniformidade do campo de temperatura pode ser bastante aprimorada através do projeto de simetria anular e da otimização do escudo térmico.

✔ Controle preciso do gradiente térmico: Ajuste a distribuição de energia dos aquecedores e use os escudos de calor para separar diferentes áreas para reduzir as diferenças de temperatura. Como os gradientes térmicos têm um impacto direto na espessura do cristal e na qualidade da superfície.

2.3 Sistema de monitoramento para processo de crescimento de cristais

✔ Monitoramento de temperatura: Use sensores de temperatura de fibra óptica para monitorar a temperatura em tempo real da zona de sublimação e da zona de sementes. O sistema de feedback de dados pode ajustar automaticamente a potência de aquecimento.

✔ Monitoramento da taxa de crescimento: Use interferometria a laser para medir a taxa de crescimento da superfície do cristal. Combine dados de monitoramento com algoritmos de modelagem para otimizar dinamicamente o processo.

3. Quais são as dificuldades técnicas do forno de crescimento de cristais de carboneto de silício?

Os gargalos técnicos do forno de crescimento de cristais de carboneto de silício estão concentrados principalmente em materiais de alta temperatura, controle de campo de temperatura, supressão de defeitos e expansão de tamanho.

3.1 Seleção e desafios de materiais de alta temperatura

Grafiteé facilmente oxidado em temperaturas extremamente altas eRevestimento sicprecisa ser adicionado para melhorar a resistência da oxidação. A qualidade do revestimento afeta diretamente a vida útil do forno.

Elemento de aquecimento Life e limite de temperatura. Os fios de resistência de alta temperatura precisam ter alta resistência à fadiga. O equipamento de aquecimento de indução precisa otimizar o projeto de dissipação de calor da bobina.

3.2 Controle preciso da temperatura e campo térmico

A influência do campo térmico não uniforme levará a um aumento nas falhas e deslocamentos de empilhamento. O modelo de simulação de campo térmico do forno precisa ser otimizado para detectar problemas com antecedência.

Confiabilidade do equipamento de monitoramento de alta temperatura. Os sensores de alta temperatura precisam ser resistentes a radiação e choque térmico.

3.3 Controle de defeitos de cristal

Falhas de empilhamento, luxações e híbridos polimórficos são os principais tipos de defeito. Otimizar o campo térmico e a atmosfera ajuda a reduzir a densidade de defeitos.

Controle de fontes de impureza. O uso de materiais de alta pureza e a vedação do forno são cruciais para a supressão da impureza.

3.4 Desafios de crescimento de cristais de grande porte

Os requisitos de uniformidade do campo térmico para expansão do tamanho. Quando o tamanho do cristal é expandido de 4 polegadas para 8 polegadas, o design da uniformidade do campo de temperatura precisa ser totalmente atualizado.

Solução para rachaduras e problemas de deformação. Reduza a deformação do cristal reduzindo o gradiente de tensão térmica.

4. Quais são as matérias-primas para o cultivo de cristais SiC de alta qualidade?

O vetek semicondutor desenvolveu uma nova matéria -prima de cristal sic sic -Matéria -prima de alta pureza CVD sic. Este produto preenche a lacuna doméstico e também está no nível principal em todo o mundo e estará em uma posição de longo prazo na competição. As matérias-primas tradicionais de carboneto de silício são produzidas pela reação de silício e grafite de alta pureza, que são de alto custo, baixa pureza e tamanho pequeno.

A tecnologia de leito fluidizado do Vetek Semiconductor usa metiltriclorossilano para gerar matérias-primas de carboneto de silício através de deposição de vapor químico, e o subproduto principal é o ácido clorídrico. O ácido clorídrico pode formar sais neutralizando com álcalis e não causará nenhuma poluição ao meio ambiente. 

Ao mesmo tempo, o metiltriclorossilano é um gás industrial amplamente utilizado com fontes de baixo custo e amplo, especialmente a China é o principal produtor de metiltriclorossilano. Portanto, a alta pureza do vetek semicondutorCVD SIC Matéria -primatem competitividade líder internacional em termos de custo e qualidade. A pureza da matéria -prima CVD SIC de alta pureza é superior a 99,9995%.

✔ Tamanho grande e alta densidade: O tamanho médio das partículas é de cerca de 4-10 mm e o tamanho das partículas das matérias-primas de Acheson doméstico é <2,5 mm. O mesmo cadinho de volume pode conter mais de 1,5 kg de matérias-primas, que é propício para resolver o problema do suprimento insuficiente de materiais de crescimento de cristais de grande porte, aliviando a grafitização de matérias-primas, reduzindo a embalagem de carbono e melhorando a qualidade do cristal.

✔ Razão baixa Si/C: Está mais próximo de 1: 1 do que as matérias-primas de Acheson do método de autopropagação, que pode reduzir os defeitos induzidos pelo aumento da pressão parcial do SI.

✔ Alto valor de saída: As matérias -primas adultas ainda mantêm o protótipo, reduzem a recristalização, reduzem a grafitização de matérias -primas, reduzem os defeitos de embalagem de carbono e melhoram a qualidade dos cristais.

✔ Superior pureza: A pureza das matérias-primas produzidas pelo método CVD é maior que a das matérias-primas Acheson do método de autopropagação. O teor de nitrogênio atingiu 0,09ppm sem purificação adicional. Essa matéria-prima também pode desempenhar um papel importante no campo semi-insulativo.

✔ Custo mais baixo: A taxa de evaporação uniforme facilita o controle da qualidade do processo e do produto, enquanto melhora a taxa de utilização das matérias -primas (taxa de utilização> 50%, 4,5 kg de matérias -primas produzem 3,5 kg de lingotes), reduzindo os custos.

✔ Baixa taxa de erro humano: A deposição de vapor químico evita impurezas introduzidas pela operação humana.