Piikarbidikiteiden kasvatusuunien tekniset haasteet

Piikarbidi (SiC) kiteiden kasvuuunit ovat kulmakiviSiC kiekkotuotantoa. Piikarbidiuuneissa on yhtäläisyyksiä perinteisten piikidekasvatusuunien kanssa, mutta ne kohtaavat ainutlaatuisia haasteita materiaalin äärimmäisten kasvuolosuhteiden ja monimutkaisten vikojen muodostumismekanismien vuoksi. Nämä haasteet voidaan luokitella laajasti kahteen alueeseen: kiteen kasvu ja epitaksiaalinen kasvu.

Kristallin kasvun haasteet:

Piikarbidin kiteiden kasvu vaatii tarkkaa hallintaa korkean lämpötilan suljetussa ympäristössä, mikä tekee seurannasta ja prosessin ohjauksesta poikkeuksellisen vaikeaa. Keskeisiä haasteita ovat:

(1) Lämpökentän hallinta: vakaan ja tasaisen lämpötilaprofiilin ylläpitäminen suljetussa, korkean lämpötilan kammiossa on ratkaisevan tärkeää mutta erittäin haastavaa. Toisin kuin piin hallittavissa olevissa sulakasvatusprosesseissa, piikarbidikiteiden kasvu tapahtuu yli 2 000 °C:ssa, mikä tekee reaaliaikaisesta seurannasta ja säätämisestä lähes mahdotonta. Tarkka lämpötilan säätö on ensiarvoisen tärkeää haluttujen kideominaisuuksien saavuttamiseksi.

(2) Polytyypin ja vikojen hallinta: Kasvuprosessi on erittäin herkkä vaurioille, kuten mikroputkille (MP), polytyyppisulkeuksille ja dislokaatioille, joista jokainen vaikuttaa kiteen laatuun. MP:t, jotka tunkeutuvat useiden mikronien kooltaan, ovat erityisen haitallisia laitteen suorituskyvylle. Piikarbidia on yli 200 polytyyppiä, joista vain 4H-rakenne sopii puolijohdesovelluksiin. Stökiömetrian, lämpötilagradienttien, kasvunopeuden ja kaasun virtausdynamiikan hallinta on välttämätöntä polytyyppisulkeuksien minimoimiseksi. Lisäksi lämpögradientit kasvukammion sisällä voivat aiheuttaa natiivia jännitystä, mikä johtaa erilaisiin dislokaatioihin (perustason dislokaatioihin (BPD), kierreruuvin dislokaatioihin (TSD), kierteitysreunojen dislokaatioihin (TED)), jotka vaikuttavat myöhempään epitaksiin ja laitteen suorituskykyyn.

(3) Epäpuhtauksien hallinta: Tarkkojen seostusprofiilien saavuttaminen edellyttää ulkoisten epäpuhtauksien huolellista hallintaa. Mikä tahansa tahaton kontaminaatio voi muuttaa merkittävästi lopullisen kiteen sähköisiä ominaisuuksia.

(4) Hidas kasvunopeus: SiC-kiteiden kasvu on luonnostaan ​​hidasta piihin verrattuna. Vaikka piiharkko voidaan kasvattaa kolmessa päivässä, piikarbidi vaatii vähintään 7 päivää, mikä vaikuttaa merkittävästi tuotannon tehokkuuteen ja tuotantoon.

Epitaksiaalisen kasvun haasteet:

SiC:n epitaksiaalinen kasvu, joka on ratkaisevan tärkeä laiterakenteiden muodostamisessa, vaatii entistä tiukempaa prosessiparametrien valvontaa:

Tarkka ohjaus:Kammion hermeettisyys, paineen stabiilisuus, tarkka kaasun toimituksen ajoitus ja koostumus sekä tiukka lämpötilan hallinta ovat kriittisiä haluttujen epitaksiaalisten kerroksen ominaisuuksien saavuttamiseksi. Nämä vaatimukset kovenevat entisestään laitteen jännitevaatimusten kasvaessa.

Tasaisuus ja virhetiheys:Tasaisen resistiivisyyden ja alhaisen vikatiheyden säilyttäminen paksummissa epitaksiaalisissa kerroksissa on merkittävä haaste.

Kehittyneet ohjausjärjestelmät:Kehittyneet sähkömekaaniset ohjausjärjestelmät, joissa on erittäin tarkkoja antureita ja toimilaitteita, ovat ratkaisevan tärkeitä tarkan ja vakaan parametrien säätelyn kannalta. Edistyneet ohjausalgoritmit, jotka pystyvät säätämään reaaliaikaisesti prosessipalautteen perusteella, ovat välttämättömiä piikarbidin epitaksiaalisen kasvun monimutkaisuuden navigoimiseksi.

Näiden teknisten esteiden voittaminen on välttämätöntä piikarbiditeknologian täyden potentiaalin vapauttamiseksi. Uunien suunnittelun, prosessin ohjauksen ja in situ -seurantatekniikoiden jatkuva kehittäminen on elintärkeää tämän lupaavan materiaalin laajan käyttöönoton edistämiseksi korkean suorituskyvyn elektroniikassa.**