Tổng quan về công nghệ tăng trưởng tinh thể đơn SiC

Tổng quan về công nghệ tăng trưởng tinh thể đơn SiC

1. giới thiệu

Các tinh thể đơn silicon carbide (SiC) đã thu hút sự chú ý rộng rãi trong những năm gần đây do hiệu suất vượt trội ở nhiệt độ cao, chống mòn,và các ứng dụng thiết bị điện tử công suất caoTrong số các phương pháp chuẩn bị khác nhau, phương pháp sublimation (Physical Vapor Transport, PVT) hiện là phương pháp chính để phát triển các tinh thể đơn SiC, mặc dù các kỹ thuật phát triển tiềm năng khácchẳng hạn như tăng trưởng pha lỏng và lắng đọng hơi hóa học nhiệt độ cao (CVD)Bài viết này sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan về các phương pháp tăng trưởng tinh thể đơn SiC, những lợi thế và thách thức của chúng, và thảo luận về phương pháp RAF như một kỹ thuật tiên tiến để giảm khiếm khuyết.

2Các nguyên tắc và ứng dụng của phương pháp sublimation

Vì không có SiC pha lỏng stochiometric với tỷ lệ Si-to-C 1: 1 tồn tại dưới áp suất bình thường,Phương pháp phát triển nóng chảy thường được sử dụng để phát triển tinh thể đơn silic không thể được áp dụng trực tiếp cho sản xuất tinh thể SiC hàng loạtDo đó, phương pháp sublimation đã trở thành sự lựa chọn chính. Phương pháp này sử dụng bột SiC làm nguyên liệu thô, đặt trong một thạch graphite, và một chất nền SiC làm tinh thể hạt giống.Một gradient nhiệt độ, cao hơn một chút ở phía bột, thúc đẩy vận chuyển vật liệu. Nhiệt độ tổng thể thường được duy trì trong khoảng 2000 °C và 2500 °C.

Hình 1 cho thấy một sơ đồ tăng trưởng tinh thể đơn SiC bằng phương pháp Lely được sửa đổi.ở nhiệt độ trên 2000 °C bên trong một lò nghiền graphiteCác phân tử này sau đó được vận chuyển đến bề mặt của tinh thể hạt giống trong bầu không khí trơ (thường là argon áp suất thấp).Các nguyên tử khuếch tán trên bề mặt tinh thể hạt giống và kết hợp vào các vị trí phát triểnNitrogen có thể được đưa vào trong quá trình doping loại n.

3Ưu điểm và thách thức của phương pháp sublimation

Phương pháp sublimation hiện đang được sử dụng rộng rãi để chuẩn bị các tinh thể đơn SiC. Tuy nhiên, so với phương pháp tăng melt cho các tinh thể đơn silicon,tốc độ tăng trưởng của tinh thể SiC tương đối chậmMặc dù chất lượng đang dần cải thiện, các tinh thể vẫn có một số lượng lớn các sự trật tự và các khiếm khuyết khác.Thông qua tối ưu hóa liên tục của gradient nhiệt độ và vận chuyển vật liệu, một số khiếm khuyết đã được kiểm soát hiệu quả.

4Phương pháp phát triển pha lỏng

Phương pháp tăng trưởng pha lỏng bao gồm tăng SiC thông qua dung dịch. Tuy nhiên, vì độ hòa tan của carbon trong dung môi silicon cực kỳ thấp,Các yếu tố như titan và crôm thường được thêm vào dung môi để tăng độ hòa tan carbon. Carbon được cung cấp bởi một thạch graphite, và nhiệt độ trên bề mặt của tinh thể hạt giống tương đối thấp hơn. Nhiệt độ phát triển thường được thiết lập trong khoảng 1500 °C và 2000 °C,thấp hơn phương pháp sublimationTốc độ tăng trưởng của sự tăng trưởng pha lỏng có thể đạt vài trăm micrometer mỗi giờ.

Một lợi thế lớn của phương pháp tăng trưởng pha lỏng là khả năng giảm đáng kể mật độ trật tự vít kéo dài dọc theo hướng [0001].Những trật tự này có mật độ trong các tinh thể SiC hiện có và là một nguồn chính của dòng rò rỉ trong các thiết bịBằng cách sử dụng phương pháp tăng trưởng pha lỏng, những trục tròn vít được uốn cong theo hướng dọc và quét ra khỏi tinh thể thông qua các bức tường bên,Giảm đáng kể mật độ trật tự trong tinh thể SiC.

Các thách thức của sự phát triển giai đoạn lỏng bao gồm tăng tốc độ phát triển, kéo dài chiều dài của tinh thể và cải thiện hình thái bề mặt của tinh thể.

5Phương pháp CVD nhiệt độ cao

Phương pháp CVD nhiệt độ cao là một kỹ thuật khác được sử dụng để sản xuất tinh thể đơn SiC. Phương pháp này được thực hiện trong khí quyển hydro áp suất thấp,với SiH4 và C3H8 đóng vai trò là khí nguồn silicon và carbonBằng cách duy trì chất nền SiC ở nhiệt độ trên 2000 °C,Các khí nguồn phân hủy thành các phân tử như SiC2 và Si2C trong vùng phân hủy tường nóng và được vận chuyển đến bề mặt tinh thể hạt giống, nơi chúng tạo thành một lớp tinh thể đơn.

Những lợi thế chính của phương pháp CVD nhiệt độ cao bao gồm việc sử dụng khí thô tinh khiết cao và kiểm soát chính xác tỷ lệ C / Si trong giai đoạn khí bằng cách điều chỉnh tốc độ lưu lượng khí.Điều khiển này là rất quan trọng để quản lý mật độ khiếm khuyết trong tinh thểNgoài ra, tốc độ tăng trưởng của SiC hàng loạt có thể vượt quá 1mm mỗi giờ. Tuy nhiên, một nhược điểm là sự tích lũy đáng kể của các sản phẩm phụ phản ứng trong lò tăng trưởng và ống xả,làm tăng khó khăn bảo trìHơn nữa, phản ứng pha khí tạo ra các hạt có thể được kết hợp vào tinh thể dưới dạng tạp chất.

Phương pháp CVD nhiệt độ cao có tiềm năng đáng kể để sản xuất các tinh thể SiC hàng loạt có chất lượng cao.và giảm mật độ dịch chuyển so với phương pháp sublimation.

6Phương pháp RAF: Một kỹ thuật tiên tiến để giảm các khiếm khuyết

Phương pháp RAF (Repeated A-Face) làm giảm các khiếm khuyết trong tinh thể SiC bằng cách cắt nhiều lần tinh thể hạt giống.một tinh thể hạt được cắt thẳng đứng theo hướng [0001] được lấy từ một tinh thể phát triển dọc theo hướng [0001]Sau đó, một tinh thể hạt giống khác được cắt ngang với hướng tăng trưởng mới này, và các tinh thể đơn SiC tiếp theo được trồng.trục trặc được dần dần quét ra khỏi tinh thể, dẫn đến các tinh thể SiC lớn với ít khiếm khuyết đáng kể.Đã báo cáo rằng mật độ lật của các tinh thể đơn SiC được tạo ra bằng phương pháp RAF thấp hơn 1 đến 2 bậc so với các tinh thể SiC tiêu chuẩn.

7Kết luận

Công nghệ chuẩn bị tinh thể đơn SiC đang phát triển hướng tới tốc độ tăng trưởng nhanh hơn, giảm mật độ dịch chuyển và năng suất cao hơn.và phương pháp CVD nhiệt độ cao mỗi có lợi thế và thách thức của mìnhVới việc áp dụng các công nghệ mới như phương pháp RAF, chất lượng của tinh thể SiC tiếp tục được cải thiện.với việc tối ưu hóa hơn nữa các quy trình và cải tiến trong thiết bị, các nút thắt kỹ thuật trong sự phát triển tinh thể SiC dự kiến sẽ được khắc phục.

Giải pháp ZMSH để cải thiện sản xuất và chất lượng wafer SiC

8 inch 200mm 4H-N SiC Wafer Conductive Dummy Grade N-Type Nghiên cứu

Silicon carbide wafer chủ yếu được sử dụng trong sản xuất SCHOttky diode, kim loại oxit bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn, kết nối hiệu ứng trường bán dẫn, bán dẫn kết nối lưỡng cực, thyristorthyristor tắt và cổng cách nhiệt bipola

Hoàn hảo cho các ứng dụng microfluidics. Đối với các ứng dụng vi điện tử hoặc MEMS, vui lòng liên hệ với chúng tôi để biết chi tiết.