Jak osiągnąć wysokiej jakości wzrost kryształów? - Sic Crystal Growth Furnal

1. Jaka jest podstawowa zasada pieca wzrostu z węglika krzemu?

Zasada robocza pieca wzrostu z węglika krzemu jest sublimacja fizyczna (PVT). Metoda PVT jest jedną z najbardziej wydajnych metod uprawy pojedynczych kryształów SIC o dużej czystości. Poprzez dokładną kontrolę pola termicznego, atmosfery i parametrów wzrostu, piec kryształowy węgla krzemu może stabilnie działać w wysokich temperaturach, aby zakończyć sublimację, przenoszenie fazy gazowej i krystalizację kondensacji w procesie krystalizacji kondensacjiSic proszek.

1.1 Zasada pracy pieca wzrostu

● Metoda PVT

Rdzeniem metody PVT jest sublimacja proszku z węglika krzemu na składniki gazowe w wysokich temperaturach i skondensowanie na krysztale nasion poprzez przenoszenie fazy gazowej, tworząc pojedynczą strukturę krystaliczną. Ta metoda ma znaczące zalety w przygotowaniu o dużej wielkości kryształów.

● Podstawowy proces wzrostu kryształów

✔ Sublimacja: Proszek sic w tyglu jest sublimowany do składników gazowych, takich jak Si, C2 i SIC2 w wysokiej temperaturze powyżej 2000 ℃.

✔ Transport: Pod działaniem gradientu cieplnego składniki gazowe są przenoszone ze strefy wysokiej temperatury (strefy proszkowe) do strefy niskiej temperatury (powierzchnia kryształu nasion).

✔ Krystalizacja kondensacji: Zmienne składniki wytrącają się na powierzchni kryształu nasion i rosną wzdłuż kierunku sieci, tworząc pojedynczy kryształ.

1.2 Specyficzne zasady wzrostu kryształów

Proces wzrostu kryształów węgla krzemu jest podzielony na trzy etapy, które są ze sobą ściśle powiązane i wpływają na ostateczną jakość kryształu.

SIC Sublimacja proszku: W warunkach wysokiej temperatury stały SIC (węglika krzemu) sublimuje gazowy krzem (SI) i węgiel gazowy (C), a reakcja jest następująca:

Sic (s) → Si (g) + c (g)

I bardziej złożone reakcje wtórne w celu wygenerowania lotnych składników gazowych (takich jak SIC2). Wysoka temperatura jest niezbędnym warunkiem promowania reakcji sublimacji.

✔ Transport fazy gazowej: Składniki gazowe są transportowane ze strefy sublimacji tygla do strefy nasion pod napędem gradientu temperatury. Stabilność przepływu gazu określa jednorodność osadzania.

✔ Krystalizacja kondensacji: W niższych temperaturach lotne składniki gazowe łączą się z powierzchnią kryształu nasion, tworząc stałe kryształy. Proces ten obejmuje złożone mechanizmy termodynamiki i krystalografii.

1.3 Kluczowe parametry wzrostu kryształu węglika krzemu

Wysokiej jakości kryształy SIC wymagają precyzyjnej kontroli następujących parametrów:

✔ Temperatura: Strefa sublimacji musi być utrzymywana powyżej 2000 ℃, aby zapewnić całkowity rozkład proszku. Temperatura strefy nasion jest kontrolowana w 1600-1800 ℃, aby zapewnić umiarkowaną szybkość osadzania.

✔ Presja: Wzrost PVT jest zwykle przeprowadzany w środowisku niskiego ciśnienia wynoszącym 10-20 Torr w celu utrzymania stabilności transportu fazowego gazu. Wysokie lub zbyt niskie ciśnienie doprowadzi do zbyt szybkiego tempa wzrostu kryształu lub zwiększonych wad.

✔ Atmosfera: Użyj argonu o wysokiej czystości jako gazu nośnika, aby uniknąć zanieczyszczenia zanieczyszczenia podczas procesu reakcji. Czystość atmosfery ma kluczowe znaczenie dla tłumienia wad kryształowych.

✔ Czas: Czas wzrostu kryształów jest zwykle do dziesiątek godzin, aby osiągnąć jednolity wzrost i odpowiednią grubość.

2. Jaka jest struktura pieca wzrostu kryształowego węgla krzemu?

Optymalizacja struktury pieca wzrostu kryształowego węgla krzemu koncentruje się głównie na ogrzewaniu w wysokiej temperaturze, kontroli atmosfery, projektowaniu pola temperatury i systemu monitorowania.

2.1 Główne elementy pieca wzrostu

● System ogrzewania w wysokiej temperaturze

✔ Ogrzewanie oporowe: Użyj drutu oporowego o wysokiej temperaturze (takiego jak molibdenum, wolfram), aby bezpośrednio zapewnić energię cieplną. Zaletą jest dokładność kontroli wysokiej temperatury, ale żywotność jest ograniczona w wysokiej temperaturze.

✔ Ogrzewanie indukcyjne: Ogrzewanie prądu wirowego jest wytwarzane w tyglu przez cewkę indukcyjną. Ma zalety wysokiej wydajności i bezkontaktów, ale koszt sprzętu jest stosunkowo wysoki.

● Stacja nasion tytka i podłoża grafitowa

✔ Graphit tygla o wysokiej czystości zapewnia stabilność o wysokiej temperaturze.

✔ Projektowanie stacji nasion musi uwzględniać zarówno jednorodność przepływu powietrza, jak i przewodność cieplną.

● Urządzenie kontrolne atmosfery

✔ Wyposażony w system dostarczania gazu o dużej czystości i zawór regulujący ciśnienie w celu zapewnienia czystości i stabilności środowiska reakcji.

● Projekt jednolitości pola temperatury

✔ Poprzez optymalizację grubości ściany tytka, rozkładu elementów ogrzewania i struktury tarczy cieplnej osiąga się równomierny rozkład pola temperatury, zmniejszając wpływ naprężenia termicznego na kryształ.

2.2 Pole temperatury i konstrukcja gradientu termicznego

✔ Znaczenie jednolitości pola temperatury: Pole nierównomierne doprowadzi do różnych lokalnych szybkości wzrostu i wad wewnątrz kryształu. Jednomierność pola temperatury można znacznie poprawić dzięki pierścieniowej konstrukcji symetrii i optymalizacji tarczy cieplnej.

✔ Precyzyjna kontrola gradientu termicznego: Dostosuj rozkład mocy grzejników i użyj tarczy ciepła, aby oddzielić różne obszary, aby zmniejszyć różnice w temperaturze. Ponieważ gradienty termiczne mają bezpośredni wpływ na grubość kryształów i jakość powierzchni.

2.3 System monitorowania procesu wzrostu kryształów

✔ Monitorowanie temperatury: Użyj światłowodowych czujników temperatury do monitorowania temperatury w czasie rzeczywistym strefy sublimacji i strefy nasion. System informacji zwrotnej danych może automatycznie dostosować moc ogrzewania.

✔ Monitorowanie tempa wzrostu: Użyj interferometrii laserowej do pomiaru szybkości wzrostu powierzchni kryształowej. Połącz dane monitorowania z algorytmami modelowania, aby dynamicznie optymalizować proces.

3. Jakie są trudności techniczne pieca wzrostu z węglików krzemowych?

Techniczne wąskie gardła pieca wzrostu z węglika krzemu są głównie skoncentrowane w materiałach o wysokiej temperaturze, kontroli pola temperatury, supresji wad i rozszerzenia wielkości.

3.1 Wybór i wyzwania materiałów o wysokiej temperaturze

Grafitjest łatwo utleniony w bardzo wysokich temperaturach iPowłoka sicNależy dodać, aby poprawić odporność na utlenianie. Jakość powłoki bezpośrednio wpływa na życie pieca.

Limit żywotności i temperatury elementu grzewczego. Druty oporowe o wysokiej temperaturze muszą mieć wysoką odporność na zmęczenie. Sprzęt do ogrzewania indukcyjnego musi zoptymalizować projekt rozpraszania ciepła cewki.

3.2 Precyzyjna kontrola temperatury i pola termicznego

Wpływ niejednorodnego pola termicznego doprowadzi do wzrostu uskoków i zwichnięć w stosie. Model symulacji pola termicznego pieca musi zostać zoptymalizowany w celu wcześniejszego wykrywania problemów.

Niezawodność sprzętu do monitorowania w wysokiej temperaturze. Czujniki o wysokiej temperaturze muszą być odporne na promieniowanie i wstrząs termiczny.

3.3 Kontrola wad kryształowych

Układy układania, zwichnięcia i hybrydy polimorficzne są głównymi typami defektów. Optymalizacja pola termicznego i atmosfery pomaga zmniejszyć gęstość defektów.

Kontrola źródeł zanieczyszczenia. Zastosowanie materiałów o wysokiej czystości i uszczelnienie pieca mają kluczowe znaczenie dla tłumienia zanieczyszczenia.

3.4 Wyzwania dotyczące wzrostu kryształów o dużej wielkości

Wymagania jednorodności pola termicznego dla rozszerzenia wielkości. Gdy wielkość kryształu jest rozszerzona z 4 cali do 8 cali, konstrukcja jednolitości pola temperatury musi zostać w pełni ulepszona.

Rozwiązanie problemów z pęknięciem i wypaczaniem. Zmniejsz deformację kryształów poprzez zmniejszenie gradientu naprężenia termicznego.

4. Jakie są surowce do uprawy wysokiej jakości kryształów SIC?

Vetek Semiconductor opracował nowy SIC pojedynczy kryształowy surowiec -Surowiec o wysokiej czystości CVD SIC. Ten produkt wypełnia lukę krajową i jest również na wiodącym poziomie na całym świecie i będzie na długoterminowej wiodącej pozycji w konkurencji. Tradycyjne surowce z węglików krzemowych są wytwarzane przez reakcję krzemowego i grafitu o dużej czystości, które są wysokie, niskie, czystości i niewielkie.

Technologia złoża fluidalnego VETEK Semiconductor wykorzystuje metylotrichlorosilan do generowania surowców z węglika krzemu poprzez chemiczne osadzanie pary, a głównym produktem ubocznym jest kwas chlorowodowy. Kwas solny może tworzyć sole poprzez neutralizowanie alkalii i nie spowoduje żadnego zanieczyszczenia dla środowiska. 

Jednocześnie metylotrichlorosilan jest szeroko stosowanym gazem przemysłowym o niskich i szerokich źródłach, zwłaszcza Chinach jest głównym producentem metylotrichlorosilanu. Dlatego wysoka czystość Veteka SemiconductorSurowiec CVD SICma wiodącą międzynarodową konkurencyjność pod względem kosztów i jakości. Czystość surowca o wysokiej czystości CVD SIC jest wyższa niż 99,9995%.

✔ Duży rozmiar i wysoka gęstość: Średnia wielkość cząstek wynosi około 4-10 mm, a wielkość cząstek surowców achezonowych wynosi <2,5 mm. Ten sam tygły objętościowe może pomieścić ponad 1,5 kg surowców, co sprzyja rozwiązaniu problemu niewystarczającego podaży materiałów wzrostu o dużych rozmiarach, łagodząc grafityzację surowców, zmniejszając owijanie węgla i poprawę jakości kryształów.

✔ Niski stosunek SI/C: Jest bliżej 1: 1 niż surowce Acheson z metody samoopieżu, które mogą zmniejszyć defekty wywołane wzrostem ciśnienia częściowego SI.

✔ Wysoka wartość wyjściowa: Uprawiane surowce nadal utrzymują prototyp, zmniejszają rekrystalizację, zmniejszają grafityzację surowców, zmniejszają defekty owijania węgla i poprawia jakość kryształów.

✔ wyższa czystość: Czystość surowców wytwarzanych metodą CVD jest wyższa niż w przypadku surowców Acheson z metody samowystarczalnej. Zawartość azotu osiągnęła 0,09 ppm bez dodatkowego oczyszczania. Ten surowce może również odgrywać ważną rolę w dziedzinie pół-insulacji.

✔ Niższy koszt: Jednolity wskaźnik parowania ułatwia kontrolę jakości i jakości produktu, jednocześnie poprawiając wskaźnik wykorzystania surowców (wskaźnik wykorzystania> 50%, 4,5 kg surowców wytwarzają 3,5 kg wlewków), zmniejszając koszty.

✔ Niski poziom błędów ludzkich: Chemiczne osadzanie pary pozwala uniknąć zanieczyszczeń wprowadzonych przez ludzkie działanie.