Khi chế tạo tinh thể silic cacbua đơn chất lượng cao cần lưu ý điều gì?
Các phương pháp hiện tại để chế tạo tinh thể đơn silicon carbide chủ yếu bao gồm: vận chuyển hơi vật lý (PVT), phát triển dung dịch hạt giống trên cùng (TSSG) và lắng đọng hơi hóa học ở nhiệt độ cao (HT-CVD).
Trong số đó, phương pháp PVT có ưu điểm là thiết bị đơn giản, kiểm soát vận hành dễ dàng, giá thiết bị và chi phí vận hành thấp và đã trở thành phương pháp chính được sử dụng trong sản xuất công nghiệp.
1. Công nghệ pha tạp bột silicon carbide
Pha tạp một lượng nguyên tố Ce thích hợp vào bột silicon carbide có thể đạt được hiệu quả phát triển ổn định của tinh thể đơn 4H-SiC. Thực tế đã chứng minh rằng pha tạp nguyên tố Ce vào bột có thể làm tăng tốc độ phát triển của tinh thể silicon carbide và làm cho tinh thể phát triển nhanh hơn; nó có thể kiểm soát hướng của silicon carbide, làm cho hướng phát triển tinh thể đơn hơn và đều đặn hơn; ức chế sự phát sinh tạp chất trong tinh thể, giảm sự phát sinh khuyết tật và giúp dễ dàng thu được tinh thể đơn và tinh thể chất lượng cao; nó có thể ức chế sự ăn mòn của mặt sau tinh thể và tăng tốc độ tinh thể đơn của tinh thể.
2. Công nghệ kiểm soát độ dốc trường nhiệt độ trục và hướng tâm
Độ dốc nhiệt độ trục chủ yếu ảnh hưởng đến dạng tinh thể phát triển và hiệu quả phát triển tinh thể. Độ dốc nhiệt độ quá nhỏ sẽ dẫn đến sự xuất hiện của tạp chất trong quá trình phát triển tinh thể và cũng sẽ ảnh hưởng đến tốc độ vận chuyển các chất pha khí, dẫn đến tốc độ phát triển tinh thể giảm. Độ dốc nhiệt độ trục và hướng tâm thích hợp giúp tinh thể SiC phát triển nhanh và duy trì sự ổn định của chất lượng tinh thể.
3. Công nghệ kiểm soát sự lệch vị trí mặt phẳng cơ bản (BPD)
Lý do chính dẫn đến sự hình thành các khuyết tật BPD là ứng suất cắt trong tinh thể vượt quá ứng suất cắt quan trọng của tinh thể SiC, dẫn đến sự kích hoạt của hệ thống trượt. Vì BPD vuông góc với hướng phát triển tinh thể nên nó chủ yếu được tạo ra trong quá trình phát triển tinh thể và quá trình làm mát tinh thể sau đó.
4. Công nghệ kiểm soát điều chỉnh tỷ lệ thành phần pha khí
Trong quá trình phát triển tinh thể, việc tăng tỷ lệ thành phần pha khí cacbon-silicon trong môi trường phát triển là một biện pháp hiệu quả để đạt được sự phát triển ổn định của một tinh thể duy nhất. Vì tỷ lệ cacbon-silicon cao có thể làm giảm sự kết tụ bước lớn và duy trì sự kế thừa thông tin tăng trưởng trên bề mặt tinh thể hạt giống, nên nó có thể ức chế sự tạo ra các dạng đa hình.
5. Công nghệ kiểm soát ứng suất thấp
Trong quá trình tăng trưởng tinh thể, sự hiện diện của ứng suất sẽ khiến mặt phẳng tinh thể bên trong của tinh thể SiC bị uốn cong, dẫn đến chất lượng tinh thể kém hoặc thậm chí là nứt tinh thể, và ứng suất lớn sẽ dẫn đến sự gia tăng sự dịch chuyển mặt phẳng cơ sở của tấm wafer. Những khiếm khuyết này sẽ xâm nhập vào lớp epitaxial trong quá trình epitaxial và ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất của thiết bị sau này.
Nhìn về phía trước, công nghệ chế tạo tinh thể đơn SiC chất lượng cao sẽ phát triển theo một số hướng:
Kích thước lớn
Việc chế tạo tinh thể đơn silicon carbide kích thước lớn có thể cải thiện hiệu quả sản xuất và giảm chi phí, đồng thời đáp ứng nhu cầu của các thiết bị công suất cao.
Chất lượng cao
Tinh thể đơn silicon carbide chất lượng cao là chìa khóa để đạt được các thiết bị hiệu suất cao. Hiện nay, mặc dù chất lượng tinh thể đơn silicon carbide đã được cải thiện đáng kể, nhưng vẫn còn một số khuyết điểm như micropipes, trật khớp và tạp chất. Những khuyết điểm này sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tin cậy của thiết bị.
Giá thành thấp
Chi phí chuẩn bị tinh thể đơn silicon carbide cao, hạn chế ứng dụng của chúng trong một số lĩnh vực. Chi phí chuẩn bị tinh thể đơn silicon carbide có thể giảm bằng cách tối ưu hóa quy trình phát triển, cải thiện hiệu quả sản xuất và giảm chi phí nguyên liệu thô.
Thông minh
Với sự phát triển của các công nghệ như trí tuệ nhân tạo và dữ liệu lớn, công nghệ phát triển tinh thể silicon carbide sẽ dần trở nên thông minh. Quá trình phát triển có thể được theo dõi và kiểm soát theo thời gian thực thông qua các cảm biến, hệ thống điều khiển tự động và các thiết bị khác để cải thiện tính ổn định và khả năng kiểm soát của quá trình phát triển. Đồng thời, phân tích dữ liệu lớn và các công nghệ khác có thể được sử dụng để phân tích và tối ưu hóa dữ liệu phát triển nhằm cải thiện chất lượng và hiệu quả sản xuất của tinh thể.
Công nghệ chuẩn bị tinh thể đơn silicon carbide chất lượng cao là một trong những điểm nóng trong nghiên cứu vật liệu bán dẫn hiện nay. Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học và công nghệ, công nghệ phát triển tinh thể silicon carbide sẽ tiếp tục phát triển và cải tiến, tạo nền tảng vững chắc hơn cho việc ứng dụng silicon carbide ở nhiệt độ cao, tần số cao, công suất cao và các lĩnh vực khác.