ما الذي يجب أن ننتبه إليه عند تحضير بلورات كربيد السيليكون المفردة عالية الجودة؟

تشمل الطرق الحالية لتحضير بلورات كربيد السيليكون الأحادية بشكل رئيسي: النقل الفيزيائي للبخار (PVT)، ونمو محلول البذور العليا (TSSG)، والترسيب الكيميائي للبخار في درجات حرارة عالية (HT-CVD).

تتميز طريقة النقل الفيزيائي للبخار (PVT) بمزايا بساطة المعدات، وسهولة التحكم في التشغيل، وانخفاض سعر المعدات وتكلفة التشغيل، وأصبحت الطريقة الرئيسية المستخدمة في الإنتاج الصناعي.

1. تقنية التطعيم بمسحوق كربيد السيليكون

يمكن لتطعيم كمية مناسبة من عنصر Ce في مسحوق كربيد السيليكون تحقيق نمو مستقر لبلورة 4H-SiC الأحادية. وقد أثبتت التجربة أن تطعيم عنصر Ce في المسحوق يزيد من معدل نمو بلورات كربيد السيليكون ويسرع نموها؛ كما يمكنه التحكم في اتجاه كربيد السيليكون، مما يجعل اتجاه نمو البلورة أكثر تفردًا وانتظامًا؛ ويمنع تكون الشوائب في البلورة، ويقلل من تكون العيوب، ويسهل الحصول على بلورات أحادية وبلورات عالية الجودة. يمكنه تثبيط تآكل الجزء الخلفي من البلورة وزيادة معدل البلورة المفردة.

2. تقنية التحكم في تدرج درجة الحرارة المحوري والقطري

يؤثر تدرج درجة الحرارة المحوري بشكل رئيسي على شكل البلورة وكفاءتها. يؤدي انخفاض تدرج درجة الحرارة إلى ظهور شوائب أثناء عملية نمو البلورة، كما يؤثر على معدل نقل المواد في الطور الغازي، مما يؤدي إلى انخفاض معدل نمو البلورة. تساعد التدرجات الحرارية المحورية والقطرية المناسبة على النمو السريع لبلورات كربيد السيليكون (SiC) والحفاظ على استقرار جودة البلورة.

3. تقنية التحكم في خلع المستوى القاعدي (BPD)

السبب الرئيسي لتكوين عيوب خلع المستوى القاعدي هو أن إجهاد القص في البلورة يتجاوز إجهاد القص الحرج لبلورة كربيد السيليكون، مما يؤدي إلى تنشيط نظام الانزلاق. ونظرًا لأن خلع المستوى القاعدي عمودي على اتجاه نمو البلورة، فإنه يتولد بشكل رئيسي أثناء عملية نمو البلورة وعملية تبريد البلورة اللاحقة.

٤. تقنية التحكم في ضبط نسبة مكونات الطور الغازي

في عملية نمو البلورات، تُعدّ زيادة نسبة الكربون إلى السيليكون في بيئة النمو إجراءً فعالاً لتحقيق نمو مستقر للبلورة المفردة. ولأن ارتفاع نسبة الكربون إلى السيليكون يُقلل من تراكم الخطوات الكبيرة ويحافظ على توارث معلومات النمو على سطح بلورة البذرة، فإنه يُثبّط تكوّن الأشكال المتعددة.

٥. تقنية التحكم في الإجهاد المنخفض

أثناء عملية نمو البلورات، يُؤدي وجود الإجهاد إلى انحناء المستوى البلوري الداخلي لبلورة كربيد السيليكون، مما يُؤدي إلى ضعف جودة البلورة أو حتى تشققها، كما يُؤدي الإجهاد الكبير إلى زيادة خلع المستوى القاعدي للرقاقة. تنتقل هذه العيوب إلى الطبقة الفوقية أثناء عملية الفوقية، مما يُؤثر بشكل خطير على أداء الجهاز.

بالنظر إلى المستقبل، ستتطور تقنية تحضير بلورات كربيد السيليكون الأحادية عالية الجودة في عدة اتجاهات:

الحجم الكبير

يمكن أن يُحسّن تحضير بلورات كربيد السيليكون الأحادية كبيرة الحجم كفاءة الإنتاج ويخفض التكاليف، مع تلبية احتياجات الأجهزة عالية الطاقة.

جودة عالية

تُعدّ بلورات كربيد السيليكون الأحادية عالية الجودة مفتاحًا لتحقيق أجهزة عالية الأداء. في الوقت الحالي، على الرغم من التحسن الكبير في جودة بلورات كربيد السيليكون الأحادية، لا تزال هناك بعض العيوب، مثل الأنابيب الدقيقة، والانخلاعات، والشوائب. ستؤثر هذه العيوب على أداء الجهاز وموثوقيته.

تكلفة منخفضة

تكلفة تحضير بلورات كربيد السيليكون الأحادية مرتفعة، مما يحد من استخدامها في بعض المجالات. يمكن تقليل تكلفة تحضير بلورات كربيد السيليكون الأحادية من خلال تحسين عملية النمو، وتحسين كفاءة الإنتاج، وخفض تكاليف المواد الخام.

ذكية

مع تطور تقنيات مثل الذكاء الاصطناعي والبيانات الضخمة، ستصبح تقنية تحضير بلورات كربيد السيليكون ذكية تدريجيًا. يمكن مراقبة عملية النمو والتحكم فيها آنيًا من خلال أجهزة الاستشعار وأنظمة التحكم الآلي وغيرها من المعدات، مما يعزز استقرارها وإمكانية التحكم فيها. وفي الوقت نفسه، يمكن استخدام تحليل البيانات الضخمة وتقنيات أخرى لتحليل بيانات النمو وتحسينها، مما يرفع جودة وكفاءة إنتاج البلورات.

تُعد تقنية تحضير بلورات كربيد السيليكون الأحادية عالية الجودة من أبرز التطورات في أبحاث مواد أشباه الموصلات الحالية. ومع التقدم المستمر في العلوم والتكنولوجيا، ستواصل تقنية نمو بلورات كربيد السيليكون تطورها وتحسينها، مما يوفر أساسًا أكثر متانة لتطبيق كربيد السيليكون في درجات الحرارة العالية والترددات العالية والطاقة العالية وغيرها من المجالات.