เมื่อเตรียมซิลิคอนคาร์ไบด์ผลึกเดี่ยวคุณภาพสูง เราควรใส่ใจอะไรบ้าง?

วิธีการปัจจุบันในการเตรียมผลึกเดี่ยวซิลิกอนคาร์ไบด์ประกอบด้วย: การขนส่งไอทางกายภาพ (PVT), การเจริญเติบโตของสารละลายเมล็ดบน (TSSG) และการสะสมไอเคมีที่อุณหภูมิสูง (HT-CVD)

ในจำนวนนั้น วิธี PVT มีข้อดีคือมีอุปกรณ์ที่เรียบง่าย ควบคุมการทำงานได้ง่าย ราคาอุปกรณ์และต้นทุนการดำเนินงานต่ำ และได้กลายเป็นวิธีการหลักที่ใช้ในกระบวนการผลิตในอุตสาหกรรม

1. ​​เทคโนโลยีการเจือปนผงซิลิกอนคาร์ไบด์

การเจือปนธาตุ Ce ในปริมาณที่เหมาะสมในผงซิลิกอนคาร์ไบด์สามารถบรรลุผลในการเจริญเติบโตที่เสถียรของผลึกเดี่ยว 4H-SiC การปฏิบัติได้พิสูจน์แล้วว่าการเจือปนธาตุ Ce ในผงสามารถเพิ่มอัตราการเจริญเติบโตของผลึกซิลิกอนคาร์ไบด์และทำให้ผลึกเติบโตเร็วขึ้น สามารถควบคุมการวางแนวของซิลิกอนคาร์ไบด์ ทำให้ทิศทางการเจริญเติบโตของผลึกเป็นแบบเดี่ยวและสม่ำเสมอมากขึ้น ยับยั้งการสร้างสิ่งเจือปนในผลึก ลดการสร้างข้อบกพร่อง และทำให้ได้ผลึกผลึกเดี่ยวและผลึกคุณภาพสูงได้ง่ายขึ้น สามารถยับยั้งการกัดกร่อนที่ด้านหลังของผลึกและเพิ่มอัตราการเกิดผลึกเดี่ยวของผลึก

2. เทคโนโลยีควบคุมการไล่ระดับอุณหภูมิตามแนวแกนและแนวรัศมี

การไล่ระดับอุณหภูมิตามแนวแกนส่งผลต่อรูปแบบการเติบโตของผลึกและประสิทธิภาพการเติบโตของผลึกเป็นหลัก การไล่ระดับอุณหภูมิที่น้อยเกินไปจะนำไปสู่การปรากฏของสิ่งเจือปนในระหว่างกระบวนการเติบโตของผลึก และยังส่งผลต่ออัตราการขนส่งของสารในเฟสก๊าซ ส่งผลให้อัตราการเติบโตของผลึกลดลง การไล่ระดับอุณหภูมิตามแนวแกนและแนวรัศมีที่เหมาะสมช่วยให้ผลึก SiC เติบโตอย่างรวดเร็วและรักษาเสถียรภาพของคุณภาพผลึก

3. เทคโนโลยีควบคุมการเคลื่อนตัวของระนาบฐาน (BPD)

เหตุผลหลักในการเกิดข้อบกพร่อง BPD คือแรงเฉือนในผลึกเกินกว่าแรงเฉือนวิกฤตของผลึก SiC ส่งผลให้ระบบสลิปทำงาน เนื่องจาก BPD ตั้งฉากกับทิศทางการเติบโตของผลึก จึงเกิดขึ้นส่วนใหญ่ในระหว่างกระบวนการเติบโตของผลึกและกระบวนการทำความเย็นผลึกในภายหลัง

4. เทคโนโลยีควบคุมการปรับอัตราส่วนส่วนประกอบในเฟสก๊าซ

ในกระบวนการเติบโตของผลึก การเพิ่มอัตราส่วนส่วนประกอบในเฟสก๊าซของคาร์บอน-ซิลิกอนในสภาพแวดล้อมการเติบโตเป็นมาตรการที่มีประสิทธิภาพในการบรรลุการเติบโตที่มั่นคงของผลึกเดี่ยว เนื่องจากอัตราส่วนคาร์บอน-ซิลิกอนสูงสามารถลดการรวมตัวของขั้นตอนขนาดใหญ่และรักษาการสืบทอดข้อมูลการเจริญเติบโตบนพื้นผิวของผลึกเมล็ดพืช จึงสามารถยับยั้งการสร้างโพลีมอร์ฟได้

5. เทคโนโลยีการควบคุมความเครียดต่ำ

ในระหว่างกระบวนการเจริญเติบโตของผลึก การมีความเครียดจะทำให้ระนาบผลึกภายในของผลึก SiC โค้งงอ ส่งผลให้คุณภาพของผลึกต่ำหรืออาจถึงขั้นผลึกแตก และความเครียดที่มากจะนำไปสู่การเคลื่อนตัวของระนาบฐานของเวเฟอร์เพิ่มขึ้น ข้อบกพร่องเหล่านี้จะเข้าสู่ชั้นเอพิแทกเซียลระหว่างกระบวนการเอพิแทกเซียลและส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์ในภายหลัง

เมื่อมองไปข้างหน้า เทคโนโลยีการเตรียมผลึกเดี่ยว SiC คุณภาพสูงจะพัฒนาไปในหลายทิศทาง:

ขนาดใหญ่

การเตรียมผลึกเดี่ยวซิลิกอนคาร์ไบด์ขนาดใหญ่สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและลดต้นทุนได้ ขณะเดียวกันก็ตอบสนองความต้องการของอุปกรณ์ที่มีกำลังสูง

คุณภาพสูง

ผลึกเดี่ยวซิลิกอนคาร์ไบด์คุณภาพสูงเป็นกุญแจสำคัญในการบรรลุอุปกรณ์ประสิทธิภาพสูง ในปัจจุบัน แม้ว่าคุณภาพของผลึกเดี่ยวซิลิกอนคาร์ไบด์จะได้รับการปรับปรุงอย่างมาก แต่ยังคงมีข้อบกพร่องบางประการ เช่น ไมโครไพพ์ การเคลื่อนตัว และสิ่งเจือปน ข้อบกพร่องเหล่านี้จะส่งผลต่อประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์

ต้นทุนต่ำ

ต้นทุนการเตรียมผลึกเดี่ยวซิลิกอนคาร์ไบด์สูง ซึ่งจำกัดการใช้งานในบางสาขา ต้นทุนการเตรียมผลึกเดี่ยวซิลิกอนคาร์ไบด์สามารถลดลงได้โดยการปรับกระบวนการเติบโตให้เหมาะสม ปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต และลดต้นทุนวัตถุดิบ

อัจฉริยะ

ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยี เช่น ปัญญาประดิษฐ์และข้อมูลขนาดใหญ่ เทคโนโลยีการเจริญเติบโตของผลึกซิลิกอนคาร์ไบด์จะค่อยๆ กลายเป็นอัจฉริยะ กระบวนการเติบโตสามารถตรวจสอบและควบคุมได้แบบเรียลไทม์ผ่านเซ็นเซอร์ ระบบควบคุมอัตโนมัติ และอุปกรณ์อื่นๆ เพื่อปรับปรุงเสถียรภาพและการควบคุมของกระบวนการเติบโต ในเวลาเดียวกัน การวิเคราะห์ข้อมูลขนาดใหญ่และเทคโนโลยีอื่นๆ สามารถใช้ในการวิเคราะห์และปรับข้อมูลการเจริญเติบโตให้เหมาะสม เพื่อปรับปรุงคุณภาพและประสิทธิภาพการผลิตของผลึก

เทคโนโลยีการเตรียมผลึกเดี่ยวซิลิกอนคาร์ไบด์คุณภาพสูงเป็นหนึ่งในจุดสำคัญในการวิจัยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ในปัจจุบัน ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เทคโนโลยีการเจริญเติบโตของผลึกซิลิกอนคาร์ไบด์จะพัฒนาและปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง โดยสร้างรากฐานที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้นสำหรับการประยุกต์ใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์ในอุณหภูมิสูง ความถี่สูง พลังงานสูง และสาขาอื่นๆ