¿A qué debemos prestar atención al preparar monocristales de carburo de silicio de alta calidad?
Los métodos actuales para la preparación de monocristales de carburo de silicio incluyen principalmente: transporte físico de vapor (PVT), crecimiento de la solución de siembra superior (TSSG) y deposición química de vapor a alta temperatura (HT-CVD).
Entre ellos, el método PVT ofrece las ventajas de un equipo sencillo, un control de operación fácil, un bajo precio y un bajo costo operativo, y se ha convertido en el principal método utilizado en la producción industrial.
1. Tecnología de dopaje de polvo de carburo de silicio
La dopación de una cantidad adecuada de Ce en polvo de carburo de silicio permite lograr un crecimiento estable del monocristal de 4H-SiC. La práctica ha demostrado que la dopación de Ce en polvo puede aumentar la velocidad de crecimiento de los cristales de carburo de silicio y acelerar su crecimiento; permite controlar la orientación del carburo de silicio, haciendo que la dirección de crecimiento del cristal sea más uniforme y regular; inhibe la generación de impurezas en el cristal, reduce la generación de defectos y facilita la obtención de cristales monocristalinos de alta calidad; inhibe la corrosión de la parte posterior del cristal y aumenta la velocidad de crecimiento del monocristal.
2. Tecnología de control de gradiente de temperatura axial y radial
El gradiente de temperatura axial afecta principalmente la forma y la eficiencia del crecimiento cristalino. Un gradiente de temperatura demasiado bajo provocará la aparición de impurezas durante el proceso de crecimiento cristalino y afectará la velocidad de transporte de sustancias en fase gaseosa, lo que resultará en una disminución de la velocidad de crecimiento cristalino. Los gradientes de temperatura axial y radial adecuados favorecen el rápido crecimiento de los cristales de SiC y mantienen la estabilidad de su calidad.
3. Tecnología de control de dislocación del plano basal (BPD)
La principal causa de la formación de defectos BPD es que la tensión de corte en el cristal supera la tensión de corte crítica del cristal de SiC, lo que provoca la activación del sistema de deslizamiento. Dado que la BPD es perpendicular a la dirección de crecimiento cristalino, se genera principalmente durante el proceso de crecimiento cristalino y su posterior enfriamiento.
4. Tecnología de control del ajuste de la relación de componentes en fase gaseosa
En el proceso de crecimiento cristalino, aumentar la relación carbono-silicio entre los componentes en fase gaseosa en el entorno de crecimiento es una medida eficaz para lograr un crecimiento estable de un monocristal. Dado que una alta relación carbono-silicio puede reducir la agregación escalonada y mantener la herencia de la información de crecimiento en la superficie del cristal semilla, puede inhibir la generación de polimorfos.
5. Tecnología de control de baja tensión
Durante el proceso de crecimiento cristalino, la presencia de tensión provocará la curvatura del plano cristalino interno del cristal de SiC, lo que resultará en una mala calidad del cristal o incluso su agrietamiento. Una tensión elevada provocará un aumento de la dislocación del plano basal de la oblea. Estos defectos penetrarán en la capa epitaxial durante el proceso y afectarán gravemente el rendimiento del dispositivo.
De cara al futuro, la tecnología de preparación de monocristales de SiC de alta calidad se desarrollará en varias direcciones:
Gran tamaño
La preparación de monocristales de carburo de silicio de gran tamaño puede mejorar la eficiencia de la producción y reducir los costos, a la vez que satisface las necesidades de los dispositivos de alta potencia.
Alta calidad
Los monocristales de carburo de silicio de alta calidad son la clave para lograr dispositivos de alto rendimiento. Actualmente, aunque la calidad de los monocristales de carburo de silicio ha mejorado considerablemente, aún presentan algunos defectos, como microtubos, dislocaciones e impurezas. Estos defectos afectan el rendimiento y la fiabilidad del dispositivo.
Bajo coste
El coste de preparación de los monocristales de carburo de silicio es elevado, lo que limita su aplicación en algunos campos. Este coste se puede reducir optimizando el proceso de crecimiento, mejorando la eficiencia de la producción y reduciendo los costes de las materias primas.
Inteligencia
Con el desarrollo de tecnologías como la inteligencia artificial y el big data, la tecnología de crecimiento de cristales de carburo de silicio se volverá gradualmente inteligente. El proceso de crecimiento se puede monitorizar y controlar en tiempo real mediante sensores, sistemas de control automático y otros equipos para mejorar la estabilidad y la controlabilidad del proceso. Al mismo tiempo, se pueden utilizar el análisis de big data y otras tecnologías para analizar y optimizar los datos de crecimiento y mejorar la calidad y la eficiencia de la producción de los cristales.
La tecnología de preparación de monocristales de carburo de silicio de alta calidad es uno de los puntos clave en la investigación actual de materiales semiconductores. Con el avance continuo de la ciencia y la tecnología, la tecnología de crecimiento de cristales de carburo de silicio continuará desarrollándose y mejorando, proporcionando una base más sólida para la aplicación del carburo de silicio en alta temperatura, alta frecuencia, alta potencia y otros campos.