هنگام تهیه تک بلورهای کاربید سیلیکون با کیفیت بالا به چه نکاتی باید توجه کنیم؟

روش‌های فعلی برای تهیه تک بلورهای کاربید سیلیکون عمدتاً شامل موارد زیر است: انتقال بخار فیزیکی (PVT)، رشد محلول دانه بالایی (TSSG) و رسوب بخار شیمیایی در دمای بالا (HT-CVD).

در میان آنها، روش PVT مزایای تجهیزات ساده، کنترل آسان عملیات، قیمت پایین تجهیزات و هزینه عملیاتی را دارد و به روش اصلی مورد استفاده در تولید صنعتی تبدیل شده است.

1. فناوری آلایش پودر کاربید سیلیکون

آلایش مقدار مناسبی از عنصر Ce در پودر کاربید سیلیکون می‌تواند به رشد پایدار تک بلور 4H-SiC منجر شود. تجربه ثابت کرده است که آلایش عنصر Ce در پودر می‌تواند سرعت رشد بلورهای کاربید سیلیکون را افزایش داده و باعث رشد سریع‌تر بلورها شود. این روش می‌تواند جهت‌گیری کاربید سیلیکون را کنترل کند و جهت رشد بلور را منفردتر و منظم‌تر کند. از تولید ناخالصی‌ها در بلور جلوگیری می‌کند، ایجاد نقص را کاهش می‌دهد و دستیابی به بلورهای تک بلور و بلورهای با کیفیت بالا را آسان‌تر می‌کند. این روش می‌تواند از خوردگی پشت بلور جلوگیری کرده و سرعت تک بلوری بلور را افزایش دهد.

۲. فناوری کنترل گرادیان میدان دمایی محوری و شعاعی

گرادیان دمایی محوری عمدتاً بر شکل رشد کریستال و راندمان رشد کریستال تأثیر می‌گذارد. گرادیان دمایی بسیار کم منجر به ظهور ناخالصی‌ها در طول فرآیند رشد کریستال می‌شود و همچنین بر سرعت انتقال مواد فاز گازی تأثیر می‌گذارد و در نتیجه سرعت رشد کریستال کاهش می‌یابد. گرادیان‌های دمایی محوری و شعاعی مناسب به رشد سریع کریستال‌های SiC کمک کرده و پایداری کیفیت کریستال را حفظ می‌کنند.

۳. فناوری کنترل نابجایی صفحه پایه (BPD)

دلیل اصلی تشکیل نقص‌های BPD این است که تنش برشی در کریستال از تنش برشی بحرانی کریستال SiC بیشتر می‌شود و در نتیجه سیستم لغزش فعال می‌شود. از آنجا که BPD عمود بر جهت رشد کریستال است، عمدتاً در طول فرآیند رشد کریستال و فرآیند خنک‌سازی کریستال بعدی ایجاد می‌شود.

۴. فناوری کنترل تنظیم نسبت اجزای فاز گازی

در فرآیند رشد کریستال، افزایش نسبت کربن-سیلیکون به نسبت اجزای فاز گازی در محیط رشد، اقدامی مؤثر برای دستیابی به رشد پایدار یک کریستال واحد است. از آنجا که نسبت بالای کربن-سیلیکون می‌تواند تجمع گام بزرگ را کاهش داده و وراثت اطلاعات رشد را روی سطح کریستال بذر حفظ کند، می‌تواند مانع از تولید پلی‌مورف‌ها شود.

5. فناوری کنترل تنش کم

در طول فرآیند رشد کریستال، وجود تنش باعث خم شدن صفحه کریستالی داخلی کریستال SiC می‌شود که منجر به کیفیت پایین کریستال یا حتی ترک خوردن کریستال می‌شود و تنش زیاد منجر به افزایش جابجایی صفحه پایه ویفر می‌شود. این نقص‌ها در طول فرآیند اپیتاکسی وارد لایه اپیتاکسی می‌شوند و به طور جدی بر عملکرد دستگاه بعدی تأثیر می‌گذارند.

با نگاهی به آینده، فناوری آماده‌سازی تک کریستال SiC با کیفیت بالا در چندین جهت توسعه خواهد یافت:

اندازه بزرگ

آماده‌سازی تک کریستال‌های کاربید سیلیکون با اندازه بزرگ می‌تواند راندمان تولید را بهبود بخشد و هزینه‌ها را کاهش دهد، در عین حال نیازهای دستگاه‌های پرقدرت را نیز برآورده کند.

کیفیت بالا

تک کریستال‌های کاربید سیلیکون با کیفیت بالا کلید دستیابی به دستگاه‌های با کارایی بالا هستند. در حال حاضر، اگرچه کیفیت تک بلورهای کاربید سیلیکون به میزان قابل توجهی بهبود یافته است، اما هنوز برخی نقص‌ها مانند میکرولوله‌ها، نابجایی‌ها و ناخالصی‌ها وجود دارد. این نقص‌ها بر عملکرد و قابلیت اطمینان دستگاه تأثیر می‌گذارند.

کم‌هزینه

هزینه آماده‌سازی تک بلورهای کاربید سیلیکون بالا است که کاربرد آنها را در برخی زمینه‌ها محدود می‌کند. هزینه آماده‌سازی تک بلورهای کاربید سیلیکون را می‌توان با بهینه‌سازی فرآیند رشد، بهبود راندمان تولید و کاهش هزینه‌های مواد اولیه کاهش داد.

هوشمند

با توسعه فناوری‌هایی مانند هوش مصنوعی و کلان‌داده، فناوری رشد بلور کاربید سیلیکون به تدریج هوشمند خواهد شد. فرآیند رشد را می‌توان از طریق حسگرها، سیستم‌های کنترل خودکار و سایر تجهیزات به صورت بلادرنگ رصد و کنترل کرد تا پایداری و کنترل‌پذیری فرآیند رشد بهبود یابد. در عین حال، می‌توان از تجزیه و تحلیل کلان‌داده و سایر فناوری‌ها برای تجزیه و تحلیل و بهینه‌سازی داده‌های رشد برای بهبود کیفیت و راندمان تولید بلورها استفاده کرد.

فناوری آماده‌سازی تک بلورهای کاربید سیلیکون با کیفیت بالا یکی از نقاط داغ در تحقیقات فعلی مواد نیمه‌هادی است. با پیشرفت مداوم علم و فناوری، فناوری رشد کریستال کاربید سیلیکون به توسعه و بهبود خود ادامه خواهد داد و پایه محکم‌تری برای کاربرد کاربید سیلیکون در دماهای بالا، فرکانس بالا، توان بالا و سایر زمینه‌ها فراهم می‌کند.