Apa saja yang harus diperhatikan saat menyiapkan kristal tunggal silikon karbida berkualitas tinggi?
Metode terkini untuk menyiapkan kristal tunggal silikon karbida terutama meliputi: pengangkutan uap fisik (PVT), pertumbuhan larutan benih atas (TSSG), dan pengendapan uap kimia suhu tinggi (HT-CVD).
Di antara metode tersebut, metode PVT memiliki keunggulan berupa peralatan sederhana, kontrol pengoperasian mudah, harga peralatan dan biaya pengoperasian rendah, dan telah menjadi metode utama yang digunakan dalam produksi industri.
1. Teknologi doping bubuk silikon karbida
Mendoping sejumlah elemen Ce yang tepat dalam bubuk silikon karbida dapat mencapai efek pertumbuhan kristal tunggal 4H-SiC yang stabil. Praktik telah membuktikan bahwa mendoping elemen Ce dalam bubuk dapat meningkatkan laju pertumbuhan kristal silikon karbida dan membuat kristal tumbuh lebih cepat; dapat mengontrol orientasi silikon karbida, membuat arah pertumbuhan kristal lebih tunggal dan lebih teratur; menghambat pembentukan pengotor dalam kristal, mengurangi pembentukan cacat, dan membuatnya lebih mudah untuk mendapatkan kristal kristal tunggal dan kristal berkualitas tinggi; dapat menghambat korosi bagian belakang kristal dan meningkatkan laju kristal tunggal kristal.
2. Teknologi kontrol gradien medan suhu aksial dan radial
Gradien suhu aksial terutama memengaruhi bentuk pertumbuhan kristal dan efisiensi pertumbuhan kristal. Gradien suhu yang terlalu kecil akan menyebabkan munculnya pengotor selama proses pertumbuhan kristal, dan juga akan memengaruhi laju pengangkutan zat fase gas, yang mengakibatkan penurunan laju pertumbuhan kristal. Gradien suhu aksial dan radial yang tepat membantu pertumbuhan kristal SiC yang cepat dan menjaga stabilitas kualitas kristal.
3. Teknologi kontrol dislokasi bidang basal (BPD)
Alasan utama terbentuknya cacat BPD adalah bahwa tegangan geser dalam kristal melebihi tegangan geser kritis kristal SiC, yang mengakibatkan aktivasi sistem slip. Karena BPD tegak lurus dengan arah pertumbuhan kristal, BPD terutama dihasilkan selama proses pertumbuhan kristal dan proses pendinginan kristal selanjutnya.
4. Teknologi kontrol penyesuaian rasio komponen fase gas
Dalam proses pertumbuhan kristal, peningkatan rasio komponen fase gas karbon-silikon dalam lingkungan pertumbuhan merupakan tindakan yang efektif untuk mencapai pertumbuhan kristal tunggal yang stabil. Karena rasio karbon-silikon yang tinggi dapat mengurangi agregasi langkah besar dan mempertahankan pewarisan informasi pertumbuhan pada permukaan kristal benih, hal itu dapat menghambat pembentukan polimorf.
5. Teknologi pengendalian tegangan rendah
Selama proses pertumbuhan kristal, adanya tegangan akan menyebabkan bidang kristal internal kristal SiC tertekuk, sehingga menghasilkan kualitas kristal yang buruk atau bahkan retak kristal, dan tegangan yang besar akan menyebabkan peningkatan dislokasi bidang basal wafer. Cacat ini akan memasuki lapisan epitaksial selama proses epitaksial dan secara serius memengaruhi kinerja perangkat selanjutnya.
Ke depannya, teknologi persiapan kristal tunggal SiC berkualitas tinggi akan berkembang dalam beberapa arah:
Ukuran besar
Persiapan kristal tunggal silikon karbida ukuran besar dapat meningkatkan efisiensi produksi dan mengurangi biaya, sekaligus memenuhi kebutuhan perangkat berdaya tinggi.
Kualitas tinggi
Kristal tunggal silikon karbida berkualitas tinggi adalah kunci untuk mencapai perangkat berkinerja tinggi. Saat ini, meskipun kualitas kristal tunggal silikon karbida telah sangat ditingkatkan, masih terdapat beberapa cacat, seperti pipa mikro, dislokasi, dan kotoran. Cacat ini akan memengaruhi kinerja dan keandalan perangkat.
Biaya rendah
Biaya persiapan kristal tunggal silikon karbida tinggi, yang membatasi penerapannya di beberapa bidang. Biaya persiapan kristal tunggal silikon karbida dapat dikurangi dengan mengoptimalkan proses pertumbuhan, meningkatkan efisiensi produksi, dan mengurangi biaya bahan baku.
Cerdas
Dengan perkembangan teknologi seperti kecerdasan buatan dan data besar, teknologi pertumbuhan kristal silikon karbida secara bertahap akan menjadi cerdas. Proses pertumbuhan dapat dipantau dan dikontrol secara real time melalui sensor, sistem kontrol otomatis, dan peralatan lain untuk meningkatkan stabilitas dan pengendalian proses pertumbuhan. Pada saat yang sama, analisis data besar dan teknologi lainnya dapat digunakan untuk menganalisis dan mengoptimalkan data pertumbuhan guna meningkatkan kualitas dan efisiensi produksi kristal.
Teknologi persiapan kristal tunggal silikon karbida berkualitas tinggi merupakan salah satu titik panas dalam penelitian material semikonduktor saat ini. Dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi yang berkelanjutan, teknologi pertumbuhan kristal silikon karbida akan terus berkembang dan meningkat, menyediakan dasar yang lebih kokoh untuk penerapan silikon karbida pada suhu tinggi, frekuensi tinggi, daya tinggi, dan bidang lainnya.