À quoi devons-nous prêter attention lors de la préparation de monocristaux de carbure de silicium de haute qualité ?
Les méthodes actuelles de préparation de monocristaux de carbure de silicium comprennent principalement : le transport physique en phase vapeur (PVT), la croissance de la solution de germination supérieure (TSSG) et le dépôt chimique en phase vapeur à haute température (HT-CVD).
Parmi elles, la méthode PVT présente les avantages d’un équipement simple, d’un contrôle opérationnel aisé, d’un prix d’équipement et d’un coût d’exploitation réduits, et est devenue la méthode principale utilisée en production industrielle.
1. Technologie de dopage de la poudre de carbure de silicium
Le dopage d’une quantité appropriée de Ce dans la poudre de carbure de silicium permet d’obtenir une croissance stable du monocristal de 4H-SiC. La pratique a démontré que le dopage de Ce dans la poudre permet d’augmenter la vitesse de croissance des cristaux de carbure de silicium et d’accélérer leur croissance ; il permet de contrôler l’orientation du carbure de silicium, rendant la direction de croissance cristalline plus uniforme et plus régulière ; il inhibe la formation d’impuretés dans le cristal, réduit la formation de défauts et facilite l’obtention de monocristaux et de cristaux de haute qualité ; il inhibe la corrosion de la face arrière du cristal et augmente le taux de monocristallisation.
2. Technologie de contrôle du gradient de température axial et radial
Le gradient de température axial affecte principalement la forme et l’efficacité de la croissance cristalline. Un gradient de température trop faible entraîne l’apparition d’impuretés pendant le processus de croissance cristalline et affecte également la vitesse de transport des substances en phase gazeuse, ce qui entraîne une diminution de la vitesse de croissance cristalline. Des gradients de température axiaux et radiaux appropriés favorisent la croissance rapide des cristaux de SiC et maintiennent la stabilité de leur qualité.
3. Technologie de contrôle des dislocations du plan basal (DBP)
La principale cause de la formation de défauts DBP est une contrainte de cisaillement supérieure à la contrainte de cisaillement critique du cristal de SiC, ce qui entraîne l’activation du système de glissement. La DBP étant perpendiculaire à la direction de croissance cristalline, elle est principalement générée pendant le processus de croissance cristalline et son refroidissement ultérieur.
4. Technologie de contrôle de l’ajustement du rapport des composants en phase gazeuse
Lors du processus de croissance cristalline, l’augmentation du rapport carbone-silicium des composants en phase gazeuse dans l’environnement de croissance est une mesure efficace pour obtenir une croissance stable d’un monocristal. Un rapport carbone-silicium élevé, capable de réduire l’agrégation par étapes importantes et de préserver l’héritage des informations de croissance à la surface du cristal germe, peut inhiber la génération de polymorphes.
5. Technologie de contrôle des faibles contraintes
Pendant le processus de croissance cristalline, la présence de contraintes provoque une courbure du plan cristallin interne du cristal de SiC, ce qui entraîne une mauvaise qualité du cristal, voire sa fissuration. De fortes contraintes entraînent une augmentation de la dislocation du plan basal de la plaquette. Ces défauts pénètrent dans la couche épitaxiale pendant le processus et affectent sérieusement les performances du dispositif ultérieur.
À l’avenir, la technologie de préparation de monocristaux de SiC de haute qualité évoluera dans plusieurs directions :
Grande taille
La préparation de monocristaux de carbure de silicium de grande taille peut améliorer l’efficacité de la production et réduire les coûts, tout en répondant aux besoins des dispositifs haute puissance.
Haute qualité
Des monocristaux de carbure de silicium de haute qualité sont essentiels pour obtenir des dispositifs hautes performances. Bien que la qualité des monocristaux de carbure de silicium ait été considérablement améliorée, certains défauts, tels que des microtubes, des dislocations et des impuretés, subsistent. Ces défauts affectent les performances et la fiabilité du dispositif.
Faible coût
Le coût de préparation des monocristaux de carbure de silicium est élevé, ce qui limite leur application dans certains domaines. Il est possible de réduire ce coût en optimisant le processus de croissance, en améliorant l’efficacité de la production et en réduisant le coût des matières premières.
Intelligent
Grâce au développement de technologies telles que l’intelligence artificielle et le big data, la technologie de croissance des cristaux de carbure de silicium deviendra progressivement intelligente. Le processus de croissance peut être surveillé et contrôlé en temps réel grâce à des capteurs, des systèmes de contrôle automatique et d’autres équipements afin d’améliorer sa stabilité et sa contrôlabilité. Parallèlement, l’analyse du big data et d’autres technologies peuvent être utilisées pour analyser et optimiser les données de croissance afin d’améliorer la qualité et l’efficacité de la production des cristaux.
La technologie de préparation de monocristaux de carbure de silicium de haute qualité est l’un des points forts de la recherche actuelle sur les matériaux semi-conducteurs. Avec les progrès continus de la science et de la technologie, la technologie de croissance des cristaux de carbure de silicium continuera de se développer et de s’améliorer, offrant une base plus solide pour l’application du carbure de silicium dans les domaines de la haute température, de la haute fréquence, de la haute puissance et d’autres domaines.