Hvordan oppnå krystallvekst av høy kvalitet? - Sic Crystal Growth Furnace

1. Hva er det grunnleggende prinsippet for silisiumkarbidkrystallvekstovn?

Arbeidsprinsippet for silisiumkarbidkrystallvekstovnen er fysisk sublimering (PVT). PVT-metoden er en av de mest effektive metodene for å dyrke SIC-krystaller med høy renhet. Gjennom presis kontroll av det termiske feltet, atmosfæren og vekstparametrene, kan silisiumkarbidkrystallvekstovnen fungere stabilt ved høye temperaturer for å fullføre sublimering, gassfaseoverføring og kondensasjonskrystalliseringsprosess forSic pulver.

1.1 Arbeidsprinsipp for vekstovnen

● PVT -metode

Kjernen i PVT -metoden er å sublimere silisiumkarbidpulver i gassformige komponenter ved høye temperaturer, og kondensere på frøkrystallen gjennom gassfaseoverføring for å danne en enkelt krystallstruktur. Denne metoden har betydelige fordeler ved å fremstille krystaller med stor renhet.

● Grunnleggende prosess for krystallvekst

✔ sublimering: SIC -pulver i digelen er sublimert til gassformige komponenter som Si, C2 og SIC2 ved høy temperatur over 2000 ℃.

✔ Transport: Under virkningen av termisk gradient overføres gassformede komponenter fra den høye temperatursonen (pulversonen) til den lave temperatursonen (frøkrystalloverflaten).

✔ Kondensasjonskrystallisering: Flyktige komponenter utfeller på frøkrystalloverflaten og vokser langs gitterretningen for å danne en enkelt krystall.

1.2 Spesifikke prinsipper for krystallvekst

Vekstprosessen med silisiumkarbidkrystaller er delt inn i tre trinn, som er nært knyttet til hverandre og påvirker den endelige kvaliteten på krystallen.

✔ Sic pulver sublimering: Under høye temperaturforhold vil fast SIC (silisiumkarbid) sublimere inn i gassformig silisium (Si) og gassformig karbon (C), og reaksjonen er som følger:

SiC (S) → Si (G) + C (G)

Og mer komplekse sekundære reaksjoner for å generere flyktige gassformige komponenter (for eksempel SIC2). Høy temperatur er en nødvendig betingelse for å fremme sublimeringsreaksjoner.

✔ Gassfasetransport: Gassekomponentene blir transportert fra sublimeringssonen til digelen til frøsonen under drivkraften av temperaturgradienten. Stabiliteten til gasstrømmen bestemmer avsetningens ensartethet.

✔ Kondensasjonskrystallisering: Ved lavere temperaturer kombineres flyktige gassformige komponenter med overflaten av frøkrystallen for å danne faste krystaller. Denne prosessen involverer komplekse mekanismer for termodynamikk og krystallografi.

1.3 Nøkkelparametere for silisiumkarbidkrystallvekst

SIC-krystaller av høy kvalitet krever presis kontroll av følgende parametere:

✔ temperatur: Sublimeringssonen må holdes over 2000 ℃ for å sikre fullstendig nedbrytning av pulveret. Temperaturen i frøsonen styres til 1600-1800 ℃ for å sikre en moderat deponeringshastighet.

✔ Press: PVT-vekst utføres vanligvis i et lavtrykksmiljø på 10-20 torr for å opprettholde stabiliteten i gassfasetransport. For høyt eller for lavt trykk vil føre til for rask krystallvekst eller økte defekter.

✔ Atmosfære: Bruk argon med høy renhet som bærergass for å unngå urenhetsforurensning under reaksjonsprosessen. Renheten i atmosfæren er avgjørende for undertrykkelsen av krystallfeil.

✔ Tid: Krystallveksttiden er vanligvis opp til titalls timer for å oppnå ensartet vekst og passende tykkelse.

2. Hva er strukturen til silisiumkarbidkrystallvekstovnen?

Optimaliseringen av strukturen til silisiumkarbidkrystallvekstovnen fokuserer hovedsakelig på oppvarming av høy temperatur, atmosfærekontroll, temperaturfeltdesign og overvåkingssystem.

2.1 Hovedkomponenter i vekstovnen

● Høytemperatur varmesystem

✔ Motstandsoppvarming: Bruk høye temperaturmotstandstråd (for eksempel molybden, wolfram) for å direkte gi varmeenergi. Fordelen er høy temperaturkontrollnøyaktighet, men levetiden er begrenset ved høy temperatur.

✔ Induksjonsoppvarming: Eddy strømvarme genereres i digelen gjennom en induksjonsspole. Det har fordelene med høy effektivitet og ikke-kontakt, men utstyrskostnadene er relativt høy.

● Grafittgruppe og underlagsfrøstasjon

✔ Grafittgruppe med høy renhet sikrer stabilitet med høy temperatur.

✔ Utformingen av frøstasjonen må ta hensyn til både luftstrømningsunionitet og termisk ledningsevne.

● Atmosfære kontrollenhet

✔ Utstyrt med et høyrenns gassleveringssystem og en trykkreguleringsventil for å sikre reaksjonsmiljøets renhet og stabilitet.

● Temperaturfelt Uniformitetsdesign

✔ Ved å optimalisere digelen veggtykkelse, oppvarmingselementfordeling og varmeskjoldstruktur oppnås den ensartede fordelingen av temperaturfeltet, noe som reduserer effekten av termisk spenning på krystallen.

2.2 Temperaturfelt og termisk gradientdesign

✔ Betydningen av temperaturfeltets enhetlighet: Ujevn temperaturfelt vil føre til forskjellige lokale vekstrater og defekter inne i krystallen. Ensartethet i temperaturfeltet kan forbedres kraftig gjennom ringformet symmetri -design og varmeskjoldoptimalisering.

✔ Presis kontroll av termisk gradient: Juster strømfordelingen av varmeovner og bruk varmeskjold for å skille forskjellige områder for å redusere temperaturforskjeller. Fordi termiske gradienter har en direkte innvirkning på krystalltykkelse og overflatekvalitet.

2.3 Overvåkingssystem for krystallvekstprosess

✔ Temperaturovervåking: Bruk fiberoptiske temperatursensorer for å overvåke sanntidstemperaturen i sublimeringssonen og frøsone. Data -tilbakemeldingssystemet kan automatisk justere varmekraften.

✔ Veksthastighetsovervåking: Bruk laserinterferometri for å måle veksthastigheten til krystalloverflaten. Kombiner overvåkningsdata med modelleringsalgoritmer for å dynamisk optimalisere prosessen.

3. Hva er de tekniske vanskene med silisiumkarbidkrystallvekstovnen?

De tekniske flaskehalsene av silisiumkarbidkrystallvekstovnen er hovedsakelig konsentrert i materialer med høy temperatur, temperaturfeltkontroll, defektundertrykkelse og utvidelse av størrelse.

3.1 Valg og utfordringer med høye temperaturmaterialer

Grafittoksideres lett ved ekstremt høye temperaturer, ogSic beleggmå legges til for å forbedre oksidasjonsmotstanden. Kvaliteten på belegget påvirker direkte ovnens levetid.

Oppvarmingselementets levetid og temperaturgrense. Motstandskabler med høy temperatur må ha høy utmattelsesmotstand. Induksjonsoppvarmingsutstyr må optimalisere spiralvarmeavledningen.

3.2 Presis kontroll av temperatur og termisk felt

Påvirkningen av ikke-ensartet termisk felt vil føre til en økning i stablingsfeil og dislokasjoner. Ovnens termiske feltsimuleringsmodell må optimaliseres for å oppdage problemer på forhånd.

Pålitelighet av overvåkningsutstyr for høy temperatur. Sensorer med høy temperatur må være motstandsdyktig mot stråling og termisk sjokk.

3.3 Kontroll av krystallfeil

Stabling av feil, dislokasjoner og polymorfe hybrider er de viktigste defekttypene. Optimalisering av det termiske feltet og atmosfæren bidrar til å redusere defekttettheten.

Kontroll av urenhetskilder. Bruken av materialer med høy renhet og forsegling av ovnen er avgjørende for undertrykkelsesundertrykkelse.

3.4 Utfordringer med storstørrelse krystallvekst

Kravene til termisk felt ensartethet for utvidelse av størrelse. Når krystallstørrelsen utvides fra 4 tommer til 8 tommer, må temperaturfeltets enhetlighetsdesign oppgraderes fullt ut.

Løsning for å sprekke og skjeve problemer. Reduser krystalldeformasjon ved å redusere termisk stressgradient.

4. Hva er råvarene for dyrking av SIC-krystaller av høy kvalitet?

Vetek Semiconductor har utviklet en ny SIC -enkeltkrystall råstoff -Høy renhet cvd sic råstoff. Dette produktet fyller det innenlandske gapet og er også på ledende nivå globalt, og vil være i en langsiktig ledende posisjon i konkurransen. Tradisjonelle silisiumkarbid råvarer produseres ved reaksjonen av silisium og grafitt med høy renhet, som er høy i kostnad, lav renhet og liten i størrelse.

Vetek Semiconductors fluidiserte sengeteknologi bruker metyltrichlorosilan for å generere silisiumkarbid råvarer gjennom kjemisk dampavsetning, og hovedbiproduktet er saltsyre. Saltsyre kan danne salter ved å nøytralisere med alkali, og vil ikke forårsake noen forurensning i miljøet. 

Samtidig er metyltrichlorosilane en mye brukt industrikass med lave kostnader og brede kilder, spesielt Kina er hovedprodusenten av metyltrichlorosilan. Derfor Vetek Semiconductors høye renhetCvd sic råstoffhar internasjonal ledende konkurranseevne når det gjelder kostnader og kvalitet. Renheten til høy renhet CVD sic råstoff er høyere enn 99.9995%.

✔ Stor størrelse og høy tetthet: Gjennomsnittlig partikkelstørrelse er omtrent 4-10 mm, og partikkelstørrelsen til innenlandske Acheson-råvarer er <2,5 mm. Det samme volumets digel kan inneholde mer enn 1,5 kg råvarer, noe som bidrar til å løse problemet med utilstrekkelig tilførsel av krystallvekstmaterialer i stor størrelse, lindre grafikken av råvarer, redusere karboninnpakning og forbedre krystallkvaliteten.

✔ Lavt Si/C -forhold: Det er nærmere 1: 1 enn Acheson-råvarer fra den selvforplantningsmetoden, som kan redusere defektene som er indusert av økningen av SI delvis trykk.

✔ Høy utgangsverdi: De voksne råvarene opprettholder fortsatt prototypen, reduserer omkrystallisering, reduserer grafikken av råvarer, reduserer karboninnpakningsdefekter og forbedrer kvaliteten på krystaller.

✔ Høyere renhet: Renheten til råvarer produsert ved CVD-metoden er høyere enn den for Acheson råvarer fra den selvforplantningsmetoden. Nitrogeninnholdet har nådd 0,09 ppm uten ytterligere rensing. Dette råstoffet kan også spille en viktig rolle i det semi-isolerte feltet.

✔ Lavere kostnader: Den ensartede fordampningshastigheten letter prosess og produktkvalitetskontroll, samtidig som den forbedrer brukshastigheten for råvarer (utnyttelsesgrad> 50%, 4,5 kg råvarer produserer 3,5 kg ingots), og reduserer kostnadene.

✔ Lav menneskelig feilrate: Kjemisk dampavsetning unngår urenheter introdusert ved menneskelig drift.