A que devemos prestar atenção ao preparar monocristais de carboneto de silício de alta qualidade?

Os métodos atuais para a preparação de monocristais de carboneto de silício incluem principalmente: transporte físico de vapor (PVT), crescimento da solução de topo (TSSG) e deposição química de vapor a alta temperatura (HT-CVD).

Entre eles, o método PVT apresenta as vantagens de equipamento simples, fácil controlo operacional, baixo custo do equipamento e custo operacional, tornando-se o principal método utilizado na produção industrial.

1. Tecnologia de dopagem de pó de carboneto de silício

A dopagem de uma quantidade adequada de elemento Ce em pó de carboneto de silício pode alcançar o efeito de crescimento estável de monocristais de 4H-SiC. A prática demonstrou que a dopagem do elemento Ce em pó pode aumentar a taxa de crescimento dos cristais de carboneto de silício e fazer com que os cristais cresçam mais rapidamente; pode controlar a orientação do carboneto de silício, tornando a direção de crescimento dos cristais mais uniforme e regular; inibir a geração de impurezas no cristal, reduzir a geração de defeitos e facilitar a obtenção de monocristais e cristais de elevada qualidade; pode inibir a corrosão da parte posterior do cristal e aumentar a taxa de monocristais do cristal.

2. Tecnologia de controlo de gradiente de campo de temperatura axial e radial

O gradiente de temperatura axial afeta principalmente a forma e a eficiência de crescimento dos cristais. Um gradiente de temperatura muito baixo levará ao aparecimento de impurezas durante o processo de crescimento dos cristais e também afetará a taxa de transporte de substâncias na fase gasosa, resultando numa diminuição da taxa de crescimento dos cristais. Os gradientes de temperatura axial e radial adequados auxiliam o rápido crescimento dos cristais de SiC e mantêm a estabilidade da qualidade dos cristais.

3. Tecnologia de controlo de deslocamento do plano basal (BPD)

A principal razão para a formação de defeitos BPD é que a tensão de cisalhamento no cristal excede a tensão de cisalhamento crítica do cristal de SiC, resultando na ativação do sistema de deslizamento. Como o BPD é perpendicular à direção de crescimento do cristal, é gerado principalmente durante o processo de crescimento do cristal e o posterior processo de arrefecimento do cristal.

4. Tecnologia de controlo de ajuste da proporção dos componentes da fase gasosa

No processo de crescimento de cristais, o aumento da proporção carbono-silício/componentes da fase gasosa no ambiente de crescimento é uma medida eficaz para alcançar o crescimento estável de um único cristal. Uma vez que uma elevada relação carbono-silício pode reduzir a agregação em grandes etapas e manter a herança da informação de crescimento na superfície do cristal semente, pode inibir a geração de polimorfos.

5. Tecnologia de controlo de baixa tensão

Durante o processo de crescimento do cristal, a presença de tensão fará com que o plano cristalino interno do cristal de SiC se curve, resultando numa baixa qualidade do cristal ou mesmo em fissuras, e uma elevada tensão levará a um aumento do deslocamento do plano basal da lâmina. Estes defeitos penetrarão na camada epitaxial durante o processo epitaxial e afetarão seriamente o desempenho do dispositivo posterior.

O futuro da tecnologia de preparação de monocristais de SiC de alta qualidade irá desenvolver-se em diversas direções:

Tamanho grande

A preparação de monocristais de carboneto de silício de grandes dimensões pode melhorar a eficiência da produção e reduzir os custos, além de satisfazer as necessidades dos dispositivos de alta potência.

Alta qualidade

Os monocristais de carboneto de silício de alta qualidade são a chave para a obtenção de dispositivos de alto desempenho. Atualmente, embora a qualidade dos monocristais de carboneto de silício tenha melhorado significativamente, ainda existem alguns defeitos, como microtubagens, discordâncias e impurezas. Estes defeitos afetarão o desempenho e a fiabilidade do dispositivo.

Baixo custo

O custo de preparação dos monocristais de carboneto de silício é elevado, o que limita a sua aplicação em alguns campos. O custo de preparação de monocristais de carboneto de silício pode ser reduzido através da otimização do processo de crescimento, melhoria da eficiência da produção e redução dos custos das matérias-primas.

Inteligente

Com o desenvolvimento de tecnologias como a inteligência artificial e o big data, a tecnologia de crescimento de cristais de carboneto de silício tornar-se-á gradualmente inteligente. O processo de crescimento pode ser monitorizado e controlado em tempo real através de sensores, sistemas de controlo automático e outros equipamentos para melhorar a estabilidade e a controlabilidade do processo de crescimento. Ao mesmo tempo, a análise de big data e outras tecnologias podem ser utilizadas para analisar e otimizar os dados de crescimento, melhorando a qualidade e a eficiência da produção dos cristais.

A tecnologia de preparação de monocristais de carboneto de silício de alta qualidade é um dos pontos mais importantes na investigação atual de materiais semicondutores. Com o avanço contínuo da ciência e da tecnologia, a tecnologia de crescimento de cristais de carboneto de silício continuará a desenvolver-se e a melhorar, proporcionando uma base mais sólida para a aplicação de carboneto de silício a alta temperatura, alta frequência, alta potência e outros campos.