На что следует обратить внимание при получении высококачественных монокристаллов карбида кремния?
Современные методы получения монокристаллов карбида кремния включают в себя: физический перенос пара (PVT), выращивание из затравочного раствора (TSSG) и высокотемпературное химическое осаждение из паровой фазы (HT-CVD).
Среди них метод PVT обладает такими преимуществами, как простота оборудования, простота управления процессом, низкая стоимость оборудования и эксплуатационные расходы, и стал основным методом, используемым в промышленном производстве.
1. Технология легирования порошка карбида кремния
Легирование порошка карбида кремния определённым количеством элемента Ce позволяет добиться стабильного роста монокристаллов 4H-SiC. Практика показала, что легирование порошка элементом Ce может увеличить скорость роста кристаллов карбида кремния и ускорить их рост; это позволяет контролировать ориентацию карбида кремния, делая направление роста кристаллов более однородным и регулярным; подавлять образование примесей в кристалле, уменьшать образование дефектов и облегчать получение монокристаллов и высококачественных кристаллов; это может замедлить коррозию обратной стороны кристалла и увеличить скорость монокристаллизации.
2. Технология управления аксиальным и радиальным градиентом температурного поля
Аксиальный градиент температуры в основном влияет на форму роста кристалла и эффективность роста кристалла. Слишком малый температурный градиент приведет к появлению примесей в процессе роста кристалла, а также повлияет на скорость переноса веществ газовой фазы, что приведет к снижению скорости роста кристалла. Правильный аксиальный и радиальный градиенты температуры способствуют быстрому росту кристаллов SiC и поддержанию стабильности качества кристалла.
3. Технология управления дислокациями базисной плоскости (БПД)
Основной причиной образования дефектов БПД является превышение напряжения сдвига в кристалле критическим напряжением сдвига кристалла SiC, что приводит к активации системы скольжения. Поскольку БПД перпендикулярен направлению роста кристалла, он генерируется в основном в процессе роста кристалла и при его последующем охлаждении.
4. Технология управления соотношением компонентов газовой фазы
В процессе роста кристаллов увеличение соотношения углерода и кремния в газовой фазе в ростовой среде является эффективной мерой для достижения стабильного роста монокристалла. Поскольку высокое соотношение углерода и кремния может снизить агрегацию крупных ступеней и сохранить наследуемость информации о росте на поверхности затравочного кристалла, это может препятствовать образованию полиморфных модификаций.
5. Технология управления низкими напряжениями
В процессе роста кристалла наличие напряжений приводит к изгибу внутренней кристаллографической плоскости SiC, что приводит к ухудшению качества кристалла или даже к его растрескиванию, а большие напряжения приводят к увеличению дислокации базисной плоскости пластины. Эти дефекты проникают в эпитаксиальный слой в процессе эпитаксии и серьезно влияют на характеристики будущего устройства.
В перспективе технология получения высококачественных монокристаллов SiC будет развиваться в нескольких направлениях:
Крупногабаритные
Получение крупногабаритных монокристаллов карбида кремния может повысить эффективность производства и снизить затраты, а также удовлетворить потребности в мощных устройствах.
Высококачественные
Высококачественные монокристаллы карбида кремния являются ключом к созданию высокопроизводительных устройств. В настоящее время, несмотря на значительное улучшение качества монокристаллов карбида кремния, в них по-прежнему присутствуют некоторые дефекты, такие как микротрубки, дислокации и примеси. Эти дефекты влияют на производительность и надежность устройства.
Низкая стоимость
Стоимость производства монокристаллов карбида кремния высока, что ограничивает их применение в некоторых областях. Стоимость производства монокристаллов карбида кремния может быть снижена за счет оптимизации процесса роста, повышения эффективности производства и снижения затрат на сырье.
Интеллектуальность
С развитием таких технологий, как искусственный интеллект и большие данные, технология выращивания кристаллов карбида кремния постепенно становится интеллектуальной. Процесс роста можно контролировать и контролировать в режиме реального времени с помощью датчиков, систем автоматического управления и другого оборудования, что повышает стабильность и управляемость процесса роста. Анализ больших данных и другие технологии могут быть использованы для анализа и оптимизации данных роста для повышения качества и эффективности производства кристаллов.
Технология получения высококачественных монокристаллов карбида кремния является одним из ключевых направлений современных исследований полупроводниковых материалов. Благодаря постоянному прогрессу науки и техники технология выращивания кристаллов карбида кремния будет продолжать развиваться и совершенствоваться, обеспечивая более прочную основу для применения карбида кремния в высокотемпературных, высокочастотных, высокоэнергетических и других областях.