Kalitate handiko silizio karburo kristal bakarreko prestaketarako kontuan hartu beharreko gauza nagusiak

Siliziozko kristal bakarreko prestaketarako metodo nagusiak hauek dira: Lurrunaren Garraio Fisikoa (PVT), Goiko Hazi-Soluzioaren Hazkuntza (TSSG) eta Tenperatura Altuko Lurrun Kimikoen Deposizioa (HT-CVD). Horien artean, PVT metodoa oso erabilia da industria-ekoizpenean, ekipamendu sinplea, kontrolatzeko erraztasuna eta ekipamendu eta funtzionamendu-kostu baxuak dituelako.

Silizio Karburo Kristalen PVT Hazkuntzarako Puntu Tekniko Garrantzitsuenak

Silizio karburo kristalak lurrun-garraio fisikoaren (PVT) metodoa erabiliz haztean, alderdi tekniko hauek kontuan hartu behar dira:

1. Hazkuntza-ganberan grafito-materialen purutasuna: grafito-osagaien ezpurutasun-edukia 5×10⁻⁶ baino txikiagoa izan behar da, eta isolamendu-feltroarena, berriz, 10×10⁻⁶ baino txikiagoa. B eta Al bezalako elementuak 0,1×10⁻⁶ baino txikiagoak izan behar dira.
2. Hazi-kristalaren polaritatearen hautaketa zuzena: Ikerketa enpirikoek erakusten dute C (0001) aurpegia egokia dela 4H-SiC kristalak hazteko, eta Si (0001) aurpegia, berriz, 6H-SiC kristalak hazteko.
3. Ardatz kanpoko hazi-kristalen erabilera: Ardatz kanpoko hazi-kristalek kristalen hazkuntzaren simetria alda dezakete, kristalaren akatsak murriztuz.
4. Kalitate handiko hazi-kristalen lotura-prozesua.
5. Kristalen hazkuntza-interfazearen egonkortasuna mantentzea hazkuntza-zikloan zehar.

Silizio Karburo Kristalen Hazkunderako Teknologia Gakoak

1. Silizio Karburo Hautsaren Dopaketa Teknologia
   Silizio karburo hautsa Ce kantitate egoki batekin dopatzeak 4H-SiC kristal bakarrekoen hazkundea egonkortu dezake. Emaitza praktikoek erakusten dute Ce dopatzeak honako hau egin dezakeela:

• Silizio karburo kristalen hazkunde-tasa handitu.
• Kristalen hazkuntzaren orientazioa kontrolatu, uniformeagoa eta erregularragoa bihurtuz.
• Ezpurutasunen eraketa kentzea, akatsak murriztea eta kristal bakarreko eta kalitate handiko kristalen ekoizpena erraztea.
• Kristalaren atzeko aldeko korrosioa inhibitzen du eta kristal bakarreko errendimendua hobetzen du.

• Tenperatura Gradiente Axiala eta Erradiala Kontrolatzeko Teknologia
  Tenperatura gradiente axialak batez ere kristalen hazkuntza mota eta eraginkortasuna eragiten ditu. Tenperatura gradiente txikiegi batek polikristalinoen eraketa ekar dezake eta hazkunde-tasak murriztu. Tenperatura gradiente axial eta erradial egokiek SiC kristalen hazkuntza azkarra errazten dute, kristalen kalitate egonkorra mantenduz.
• Oinarrizko Planoaren Dislokazioaren (BPD) Kontrol Teknologia
  BPD akatsak batez ere kristalaren barruko zizaila-tentsioa SiC-ren zizaila-tentsio kritikoa gainditzen duenean sortzen dira, irristatze-sistemak aktibatuz. BPDak kristalaren hazkuntza-norabidearekiko perpendikularrak direnez, batez ere kristalaren hazkuntzan eta hoztean sortzen dira.
• Lurrun-faseko konposizio-erlazioaren doikuntza-teknologia
  Hazkuntza-ingurunean karbono-silizio erlazioa handitzea kristal bakarreko hazkundea egonkortzeko neurri eraginkorra da. Karbono-silizio erlazio handiago batek urrats handiko multzokatzea murrizten du, hazi-kristalaren gainazaleko hazkunde-informazioa mantentzen du eta politipoen eraketa ezabatzen du.
• Estres Baxuko Kontrol Teknologia
  Kristalaren hazkuntzan zeharreko tentsioak kristal-planoen tolestura eragin dezake, kristalaren kalitate eskasa edo baita pitzadurak ere eraginez. Tentsio handiak ere plano basaleko dislokazioak handitzen ditu, eta horrek epitaxial geruzaren kalitatea eta gailuaren errendimendua kaltetu ditzake.

6 hazbeteko SiC oblea eskaneatzearen irudia

Kristaletan tentsioa murrizteko metodoak:

• Doitu tenperatura-eremuaren banaketa eta prozesu-parametroak SiC kristal bakarrekoen hazkuntza ia orekatua ahalbidetzeko.
• Optimizatu gurutze-egitura kristalen hazkuntza librea ahalbidetzeko, muga minimoekin.
• Aldatu hazi-kristalaren finkatze-teknikak hazi-kristalaren eta grafito-euskarriaren arteko hedapen termikoaren desadostasuna murrizteko. Ohiko ikuspegia 2 mm-ko tartea uztea da hazi-kristalaren eta grafito-euskarriaren artean.
• Hobetu erreketa-prozesuak in situ labeko erreketa ezarriz, erreketa-tenperatura eta iraupena egokituz barne-tentsioa guztiz askatzeko.

Silizio Karburozko Kristalen Hazkuntza Teknologiaren Etorkizuneko Joerak

Aurrera begira, kalitate handiko SiC kristal bakarreko prestaketa teknologia norabide hauetan garatuko da:

1. Eskala Handiko Hazkundea
   Silizio karburozko kristal bakarren diametroa milimetro gutxi batzuetatik 6 hazbeteko, 8 hazbeteko eta are handiagoko 12 hazbeteko tamainetara eboluzionatu da. Diametro handiko SiC kristalek ekoizpen-eraginkortasuna hobetzen dute, kostuak murrizten dituzte eta potentzia handiko gailuen eskakizunak betetzen dituzte.
2. Kalitate handiko hazkundea
   Kalitate handiko SiC kristal bakarrekoak ezinbestekoak dira errendimendu handiko gailuetarako. Aurrerapen handiak egin diren arren, mikrohodiak, dislokazioak eta ezpurutasunak bezalako akatsak oraindik ere existitzen dira, eta horrek gailuen errendimenduan eta fidagarritasunean eragina du.
3. Kostuen murrizketa
   SiC kristalen prestaketaren kostu handiak mugatzen du bere aplikazioa zenbait arlotan. Hazkuntza-prozesuak optimizatzeak, ekoizpen-eraginkortasuna hobetzeak eta lehengaien kostuak murrizteak ekoizpen-gastuak murrizten lagun dezakete.
4. Hazkunde Adimenduna
   Adimen Artifizialaren eta datu handien aurrerapenekin, SiC kristalen hazkuntza-teknologiak gero eta irtenbide adimendunagoak hartuko ditu. Sentsoreak eta sistema automatizatuak erabiliz denbora errealeko monitorizazioak eta kontrolak prozesuen egonkortasuna eta kontrolagarritasuna hobetuko ditu. Horrez gain, datu handien analisiak hazkuntza-parametroak optimiza ditzake, kristalen kalitatea eta ekoizpen-eraginkortasuna hobetuz.

Kalitate handiko silizio karburo monokristalen prestaketa teknologia erdieroaleen materialen ikerketan funtsezko helburua da. Teknologiak aurrera egin ahala, SiC kristalen hazkuntza teknikak eboluzionatzen jarraituko dute, tenperatura altuko, maiztasun altuko eta potentzia altuko eremuetan aplikazioetarako oinarri sendoa eskainiz.