Hoe kristalgroei van hoge kwaliteit te bereiken? - SIC Crystal Growth Furnace

1. Wat is het basisprincipe van siliciumcarbide kristalgroei -oven?

Het werkprincipe van de siliciumcarbide kristalgroei -oven is fysieke sublimatie (PVT). De PVT-methode is een van de meest efficiënte methoden voor het kweken van eenzuiver SIC-kristallen met een hoog zuivere. Door precieze controle van het thermische veld, de atmosfeer en de groeiparameters, kan de siliciumcarbide kristalgroei -oven stabiel werken bij hoge temperaturen om de sublimatie-, gasfasetransmissie en kristallisatieproces van condensatie te voltooienSic poeder.

1.1 Werkprincipe van de groeikoven

● Pvt -methode

De kern van de PVT -methode is om siliciumcarbidepoeder te sublimeren in gasvormige componenten bij hoge temperaturen, en condenseren op het zaadkristal door gasfase -transmissie om een ​​enkele kristalstructuur te vormen. Deze methode heeft aanzienlijke voordelen bij het voorbereiden van hoge, grote kristallen.

● Basisproces van kristalgroei

✔ Sublimatie: SIC -poeder in de smeltkroes wordt gesublimeerd in gasvormige componenten zoals SI, C2 en SIC2 bij een hoge temperatuur boven 2000 ℃.

✔ transport: Onder de werking van de thermische gradiënt worden de gasvormige componenten van de hoge temperatuurzone (poederzone) overgebracht naar de zone met lage temperatuur (zaadkristaloppervlak).

✔ Condensatiekristallisatie: Vluchtige componenten gaan neer op het zaadkristaloppervlak en groeien langs de roosterrichting om een ​​enkel kristal te vormen.

1.2 Specifieke principes van kristalgroei

Het groeiproces van siliciumcarbidekristallen is verdeeld in drie fasen, die nauw aan elkaar zijn gekoppeld en de uiteindelijke kwaliteit van het kristal beïnvloeden.

✔ Sic poeder sublimatie: Onder hoge temperatuur omstandigheden zal vaste SIC (siliciumcarbide) sublimeren in gasvormig silicium (SI) en gasvormige koolstof (C), en de reactie is als volgt:

Sic (s) → si (g) + c (g)

En meer complexe secundaire reacties om vluchtige gasvormige componenten te genereren (zoals SIC2). Hoge temperatuur is een noodzakelijke voorwaarde om sublimatiereacties te bevorderen.

✔ Gasfase transport: De gasvormige componenten worden getransporteerd van de sublimatiezone van de smeltkroes naar de zaadzone onder de aandrijving van de temperatuurgradiënt. De stabiliteit van de gasstroom bepaalt de uniformiteit van de afzetting.

✔ Condensatiekristallisatie: Bij lagere temperaturen combineren vluchtige gasvormige componenten met het oppervlak van het zaadkristal om vaste kristallen te vormen. Dit proces omvat complexe mechanismen van thermodynamica en kristallografie.

1.3 Belangrijkste parameters voor siliciumcarbide kristalgroei

SIC-kristallen van hoge kwaliteit vereisen precieze controle van de volgende parameters:

✔ Temperatuur: De sublimatiezone moet boven 2000 worden gehouden om te zorgen voor volledige ontleding van het poeder. De temperatuur van de zaadzone wordt geregeld op 1600-1800 ℃ om een ​​matige afzettingssnelheid te garanderen.

✔ Druk: De groei van PVT wordt meestal uitgevoerd in een lagedrukomgeving van 10-20 TORR om de stabiliteit van het gasfasetransport te handhaven. Te hoog of te lage druk zal leiden tot te snelle kristalgroeisnelheid of verhoogde defecten.

✔ sfeer: Gebruik argon met een hoge zuiverheid als dragergas om verontreiniging van onzuiverheid tijdens het reactieproces te voorkomen. De zuiverheid van de atmosfeer is cruciaal voor de onderdrukking van kristalafwijkingen.

✔ Tijd: De kristalgroeitijd is meestal tot tientallen uren om een ​​uniforme groei en passende dikte te bereiken.

2. Wat is de structuur van de siliciumcarbide kristalgroei -oven?

De optimalisatie van de structuur van de siliciumcarbide kristalgroei-oven richt zich voornamelijk op verwarming op hoge temperatuur, atmosfeerregeling, temperatuurveldontwerp en bewakingssysteem.

2.1 Hoofdcomponenten van de groeikoven

● Hoogtemperatuurverwarmingssysteem

✔ Weerstandverwarming: gebruik weerstandsdraad van hoge temperatuur (zoals molybdeen, wolfraam) om direct warmte-energie te bieden. Het voordeel is de nauwkeurigheid van de hoge temperatuur, maar de levensduur is beperkt bij hoge temperatuur.

✔ Inductieverwarming: wervelstroomverwarming wordt in de smeltkroes gegenereerd via een inductiespoel. Het heeft de voordelen van hoge efficiëntie en contactloze contact, maar de apparatuurkosten zijn relatief hoog.

● Grafiet Crucible en substraatzaadstation

✔ Grapiet met hoge zuiverheid zorgt voor stabiliteit op hoge temperatuur.

✔ Het ontwerp van het zaadstation moet rekening houden met zowel luchtstroomuniformiteit als thermische geleidbaarheid.

● Atmosfeerbesturingsapparaat

✔ Uitgerust met een hoog zuiver gasafgiftesysteem en een drukregulerende klep om de zuiverheid en stabiliteit van de reactieomgeving te waarborgen.

● Temperatuurveld uniformiteitsontwerp

✔ Door de dikte van de smeltkroes, de verdeling van het verwarmingselement en de structuur van het warmtescherming te optimaliseren, wordt de uniforme verdeling van het temperatuurveld bereikt, waardoor de impact van thermische spanning op het kristal wordt verminderd.

2.2 Temperatuurveld en thermisch gradiëntontwerp

✔ Belang van temperatuurvelduniformiteit: Ongelijke temperatuurveld zal leiden tot verschillende lokale groeisnelheden en gebreken in het kristal. De uniformiteit van het temperatuurveld kan sterk worden verbeterd door ringvormige symmetrieontwerp en warmteschildoptimalisatie.

✔ Nauwkeurige controle van de thermische gradiënt: Pas de stroomverdeling van verwarmingen aan en gebruik warmteschilden om verschillende gebieden te scheiden om temperatuurverschillen te verminderen. Omdat thermische gradiënten een directe invloed hebben op de kristaldikte en oppervlaktekwaliteit.

2.3 Monitoringsysteem voor kristalgroeiproces

✔ Temperatuurbewaking: Gebruik glasvezeltemperatuursensoren om de realtime temperatuur van de sublimatiezone en zaadzone te controleren. Het gegevensfeedbacksysteem kan het verwarmingsvermogen automatisch aanpassen.

✔ Groeisnelheidsbewaking: Gebruik laserinterferometrie om de groeisnelheid van het kristaloppervlak te meten. Combineer monitoringgegevens met modelleringsalgoritmen om het proces dynamisch te optimaliseren.

3. Wat zijn de technische problemen van siliciumcarbide kristalgroei -oven?

De technische knelpunten van siliciumcarbide kristalgroei-oven zijn voornamelijk geconcentreerd in materialen met hoge temperatuur, temperatuurveldregeling, onderdrukking van defecten en groottevisie.

3.1 Selectie en uitdagingen van materialen op hoge temperatuur

Grafietwordt gemakkelijk geoxideerd bij extreem hoge temperaturen, enSic coatingmoet worden toegevoegd om de weerstand van de oxidatie te verbeteren. De kwaliteit van de coating heeft direct invloed op de levensduur van de oven.

Verwarmingselement Leven en temperatuurlimiet. Weerweerstormen op hoge temperatuur moeten een hoge vermoeidheidsweerstand hebben. Inductieverwarmingsapparatuur moet het ontwerp van de spoelwarmte -dissipatie -ontwerp optimaliseren.

3.2 Nauwkeurige regeling van temperatuur en thermisch veld

De invloed van niet-uniform thermisch veld zal leiden tot een toename van stapelfouten en dislocaties. Het thermische veldsimulatiemodel van de oven moet worden geoptimaliseerd om van tevoren problemen te detecteren.

Betrouwbaarheid van monitoringapparatuur op hoge temperatuur. Sensoren op hoge temperatuur moeten bestand zijn tegen straling en thermische schok.

3.3 Controle van kristalafwijkingen

Het stapelen van fouten, dislocaties en polymorfe hybriden zijn de belangrijkste typen defect. Het optimaliseren van het thermische veld en de atmosfeer helpt de defectdichtheid te verminderen.

Controle van onzuiverheidsbronnen. Het gebruik van hoge zuiverheidsmaterialen en het afdichten van de oven zijn cruciaal voor onderdrukking van onzuiverheid.

3.4 Uitdagingen van grote kristalgroei

De vereisten van thermische velduniformiteit voor uitbreiding van de grootte. Wanneer de kristalgrootte wordt uitgebreid van 4 inch tot 8 inch, moet het ontwerp van de temperatuurvelduniformiteit volledig worden opgewaardeerd.

Oplossing om problemen te kraken en kromtrekken. Verminder kristalvervorming door de thermische stressgradiënt te verminderen.

4. Wat zijn de grondstoffen voor het kweken van hoogwaardige SIC-kristallen?

Vetek Semiconductor heeft een nieuwe sic single crystal -grondstof ontwikkeld -Hoge zuiverheid CVD SIC -grondstof. Dit product vult de binnenlandse kloof en bevindt zich ook op het toonaangevende niveau wereldwijd en zal zich in een langetermijnpositie in de concurrentie bevinden. Traditionele siliciumcarbide-grondstoffen worden geproduceerd door de reactie van hoogzuiver silicium en grafiet, die veel kosten hebben, weinig zuiverheid en klein in omvang.

Vetek Semiconductor's gefluïdiseerde bedtechnologie maakt gebruik van methyltrichlorosilaan om siliciumcarbide grondstoffen te genereren door chemische dampafzetting, en het belangrijkste bijproduct is zoutzuur. Zuurzuur kan zouten vormen door te neutraliseren met alkali en zal geen vervuiling voor het milieu veroorzaken. 

Tegelijkertijd is methyltrichloorsilaan een veel gebruikt industrieel gas met lage kosten en brede bronnen, vooral China is de belangrijkste producent van methyltrichloorsilaan. Daarom, de hoge zuiverheid van Vetek SemiconductorCVD SIC -grondstofheeft internationaal toonaangevend concurrentievermogen in termen van kosten en kwaliteit. De zuiverheid van CVD SIC -grondstof met hoge zuiverheid is hoger dan 99,9995%.

✔ Groot formaat en hoge dichtheid: De gemiddelde deeltjesgrootte is ongeveer 4-10 mm en de deeltjesgrootte van binnenlandse acheson grondstoffen is <2,5 mm. Hetzelfde volume Crucible kan meer dan 1,5 kg grondstoffen bevatten, wat bevorderlijk is voor het oplossen van het probleem van onvoldoende levering van grote kristalgroeimaterialen, het verlichten van de grafitisatie van grondstoffen, het verminderen van koolstofverpakking en het verbeteren van de kristalkwaliteit.

✔ Lage SI/C -verhouding: Het is dichter bij 1: 1 dan de Acheson-grondstoffen van de zelfpropagerende methode, die de defecten kunnen verminderen die worden veroorzaakt door de toename van Si-partiële druk.

✔ Hoge outputwaarde: De volwassen grondstoffen behouden nog steeds het prototype, verminderen herkristallisatie, verminderen de grafitisatie van grondstoffen, verminderen koolstofverpakkingsdefecten en verbeteren de kwaliteit van de kristallen.

✔ Hogere zuiverheid: De zuiverheid van grondstoffen geproduceerd door de CVD-methode is hoger dan die van de Acheson-grondstoffen van de zelfpropagerende methode. Het stikstofgehalte heeft 0,09 ppm bereikt zonder extra zuivering. Deze grondstof kan ook een belangrijke rol spelen in het semi-aanmeldingsveld.

✔ Lagere kosten: De uniforme verdampingssnelheid vergemakkelijkt het proces en de productkwaliteitscontrole, terwijl het gebruik van grondstoffen wordt verbeterd (gebruikssnelheid> 50%, 4,5 kg grondstoffen produceren 3,5 kg ingots), waardoor de kosten worden verlaagd.

✔ Laag menselijk foutenpercentage: Chemische dampafzetting vermijdt onzuiverheden geïntroduceerd door menselijke werking.