چگونه می توان به رشد کریستال با کیفیت بالا دست یافت؟ - کوره رشد کریستال SIC

1. اصل اساسی کوره رشد کریستال کاربید سیلیکون چیست؟

اصل کار کوره رشد کریستال کاربید سیلیکون ، تصعید فیزیکی (PVT) است. روش PVT یکی از کارآمدترین روشها برای رشد کریستال های تک باخت بالا SIC است. از طریق کنترل دقیق میدان حرارتی ، جو و پارامترهای رشد ، کوره رشد کریستال کاربید سیلیکون می تواند به طور پایدار در دماهای بالا عمل کند تا تصعید ، انتقال فاز گاز و فرآیند تبلور تراکم را انجام دهدپودر.

1.1 اصل کار کوره رشد

● روش PVT

هسته روش PVT ، تصویب پودر کاربید سیلیکون به اجزای گازی در دماهای بالا و متراکم کردن در کریستال بذر از طریق انتقال فاز گاز برای تشکیل یک ساختار کریستالی واحد است. این روش در تهیه کریستال های با اندازه بزرگ و با اندازه بزرگ از مزایای قابل توجهی برخوردار است.

● فرآیند اساسی رشد کریستال

✔ تعالی: پودر SIC در Crucible به اجزای گازی مانند Si ، C2 و SIC2 در دمای بالا بالاتر از 2000 purs داده می شود.

✔ حمل و نقل: تحت عمل شیب حرارتی ، اجزای گازی از ناحیه درجه حرارت بالا (منطقه پودر) به ناحیه دمای پایین (سطح کریستال بذر) منتقل می شوند.

crystalization تراکم: اجزای فرار بر روی سطح کریستال بذر رسوب می کنند و در امتداد جهت شبکه رشد می کنند تا یک کریستال واحد تشکیل شود.

1.2 اصول خاص رشد کریستال

فرآیند رشد کریستال های کاربید سیلیکون به سه مرحله تقسیم می شود که از نزدیک با یکدیگر در ارتباط هستند و بر کیفیت نهایی کریستال تأثیر می گذارند.

✔ SIC POWDER SUBLIMATION: در شرایط درجه حرارت بالا ، SIC جامد (کاربید سیلیکون) به سیلیکون گازی (SI) و کربن گازی (C) منتقل می شود و واکنش به شرح زیر است:

SIC (S) → Si (G) + C (G)

و واکنشهای ثانویه پیچیده تر برای تولید اجزای گازی فرار (مانند SIC2). درجه حرارت بالا یک شرط لازم برای ترویج واکنش های تصعید است.

transport حمل و نقل فاز گاز: اجزای گازی از منطقه تصعید از سطح صلیب به منطقه بذر در زیر گرادیان دما منتقل می شوند. پایداری جریان گاز یکنواختی رسوب را تعیین می کند.

crystalization تراکم: در دماهای پایین تر ، اجزای گازی فرار با سطح کریستال بذر ترکیب می شوند تا کریستال های جامد تشکیل شود. این فرایند شامل مکانیسم های پیچیده ترمودینامیک و کریستالوگرافی است.

1.3 پارامترهای کلیدی برای رشد کریستال کاربید سیلیکون

کریستال های SIC با کیفیت بالا نیاز به کنترل دقیق پارامترهای زیر دارند:

✔ درجه حرارت: برای اطمینان از تجزیه کامل پودر ، منطقه تصعید باید بالاتر از سال 2000 حفظ شود. دمای منطقه بذر در 1600-1800 کنترل می شود تا از میزان رسوب متوسط ​​اطمینان حاصل شود.

✔ فشار: رشد PVT معمولاً در یک محیط کم فشار از 10-20 TOR برای حفظ پایداری حمل و نقل فاز گاز انجام می شود. فشار زیاد یا فشار خیلی کم منجر به سرعت رشد کریستال خیلی سریع یا افزایش نقص می شود.

✔ جو: برای جلوگیری از آلودگی ناخالصی در طی فرآیند واکنش ، از آرگون با خلوص بالا به عنوان یک گاز حامل استفاده کنید. خلوص جو برای سرکوب نقایص کریستالی بسیار مهم است.

✔ زمان: زمان رشد کریستال معمولاً برای دستیابی به رشد یکنواخت و ضخامت مناسب ، ده ها ساعت است.

2. ساختار کوره رشد کریستال کاربید سیلیکون چیست؟

بهینه سازی ساختار کوره رشد کریستال کاربید سیلیکون عمدتا بر گرمایش درجه حرارت بالا ، کنترل جو ، طراحی میدان دما و سیستم نظارت متمرکز است.

2.1 اجزای اصلی کوره رشد

● سیستم گرمایش درجه حرارت بالا

✔ گرمایش مقاومت: برای تأمین مستقیم انرژی گرما از سیم مقاومت در دمای بالا (مانند مولیبدن ، تنگستن) استفاده کنید. مزیت دقت کنترل درجه حرارت بالا است ، اما عمر در دمای بالا محدود است.

✔ گرمایش القایی: گرمایش جریان ادی از طریق سیم پیچ القایی در Crucible ایجاد می شود. این مزیت از راندمان بالا و عدم تماس دارد ، اما هزینه تجهیزات نسبتاً زیاد است.

● ایستگاه بذر گرافیت و بستر گرافیت

crucible گرافیت با خلوص بالا ، ثبات در دمای بالا را تضمین می کند.

✔ طراحی ایستگاه بذر باید هم یکنواختی جریان هوا و هم هدایت حرارتی را در نظر بگیرد.

● دستگاه کنترل جو

✔ مجهز به سیستم تحویل گاز با خلوص بالا و یک شیر تنظیم کننده فشار برای اطمینان از خلوص و ثبات محیط واکنش.

● طراحی یکنواختی میدان دما

✔ با بهینه سازی ضخامت دیواره قابل حمل ، توزیع عناصر گرمایش و ساختار سپر گرما ، توزیع یکنواخت میدان دما حاصل می شود و باعث کاهش تأثیر تنش حرارتی بر روی کریستال می شود.

2.2 میدان دما و طراحی شیب حرارتی

✔ اهمیت یکنواختی میدان دما: میدان دما ناهموار منجر به رشد و نقص های مختلف رشد محلی و نقص داخل کریستال خواهد شد. یکنواختی میدان دما از طریق طراحی تقارن حلقوی و بهینه سازی سپر گرما می تواند تا حد زیادی بهبود یابد.

✔ کنترل دقیق شیب حرارتی: توزیع برق بخاری ها را تنظیم کرده و از سپرهای گرما برای جدا کردن مناطق مختلف برای کاهش اختلاف دما استفاده کنید. زیرا شیب های حرارتی تأثیر مستقیمی بر ضخامت کریستال و کیفیت سطح دارند.

2.3 سیستم نظارت برای فرآیند رشد کریستال

✔ نظارت دما: برای نظارت بر دمای زمان واقعی منطقه تصعید و منطقه بذر از سنسورهای دمای فیبر نوری استفاده کنید. سیستم بازخورد داده می تواند به طور خودکار قدرت گرمایش را تنظیم کند.

✔ نظارت بر نرخ رشد: برای اندازه گیری میزان رشد سطح کریستال از تداخل لیزر استفاده کنید. داده های مانیتورینگ را با الگوریتم های مدل سازی ترکیب کنید تا به صورت پویا بهینه سازی فرایند.

3. مشکلات فنی کوره رشد کریستال کاربید سیلیکون چیست؟

تنگناهای فنی کوره رشد کریستال کاربید سیلیکون عمدتاً در مواد درجه حرارت بالا ، کنترل میدان دما ، سرکوب نقص و گسترش اندازه متمرکز شده اند.

3.1 انتخاب و چالش های مواد درجه حرارت بالا

گرافیتبه راحتی در دماهای بسیار بالا اکسیده می شود وروکشبرای بهبود مقاومت اکسیداسیون باید اضافه شود. کیفیت پوشش به طور مستقیم بر زندگی کوره تأثیر می گذارد.

عمر عنصر گرمایش و محدودیت دما. سیم های مقاومت در برابر درجه حرارت بالا نیاز به مقاومت در برابر خستگی بالا دارند. تجهیزات گرمایشی القایی نیاز به بهینه سازی طراحی اتلاف گرمای سیم پیچ دارد.

3.2 کنترل دقیق دما و میدان حرارتی

تأثیر میدان حرارتی غیر یکنواخت منجر به افزایش گسل ها و جابجایی ها خواهد شد. برای تشخیص مشکلات از قبل ، مدل شبیه سازی میدان حرارتی کوره باید بهینه شود.

قابلیت اطمینان تجهیزات نظارت بر دمای بالا. سنسورهای درجه حرارت بالا باید در برابر تابش و شوک حرارتی مقاوم باشند.

3.3 کنترل نقص کریستال

گسل های انباشته ، جابجایی ها و هیبریدهای چند شکل انواع اصلی نقص هستند. بهینه سازی میدان حرارتی و جو به کاهش چگالی نقص کمک می کند.

کنترل منابع ناخالصی. استفاده از مواد با خلوص بالا و آب بندی کوره برای سرکوب ناخالصی بسیار مهم است.

3.4 چالش های رشد کریستالی به اندازه بزرگ

الزامات یکنواختی میدان حرارتی برای گسترش اندازه. هنگامی که اندازه کریستال از 4 اینچ به 8 اینچ گسترش یافته است ، باید طراحی یکنواختی میدان دما به طور کامل به روز شود.

راه حل برای شکستن و پیچیدگی مشکلات. با کاهش شیب تنش حرارتی ، تغییر شکل کریستال را کاهش دهید.

4. مواد اولیه برای رشد کریستال های SIC با کیفیت بالا چیست؟

نیمه هادی Vetek یک ماده اولیه کریستالی تک SIC جدید ایجاد کرده است -خلوص بالا CVD SIC مواد اولیهبشر این محصول شکاف داخلی را پر می کند و همچنین در سطح پیشرو در سطح جهان قرار دارد و در یک موقعیت پیشرو بلند مدت در رقابت قرار خواهد گرفت. مواد اولیه سنتی کاربید سیلیکون با واکنش سیلیکون و گرافیت با خلوص بالا ، که از نظر هزینه بالا ، خلوص کم و اندازه کوچک هستند ، تولید می شود.

فن آوری بستر سیال نیمه هادی Vetek از متیل تری کلروسیلان برای تولید مواد اولیه کاربید سیلیکون از طریق رسوب بخار شیمیایی استفاده می کند و محصول اصلی آن اسید هیدروکلریک است. اسید هیدروکلریک می تواند با خنثی کردن با قلیایی نمک ها را تشکیل دهد و هیچ گونه آلودگی به محیط زیست ایجاد نمی کند. 

در همین زمان ، متیل تری کلروسیلان یک گاز صنعتی به طور گسترده ای با هزینه کم و منابع گسترده است ، به ویژه چین تولید کننده اصلی متیل تری کلروسیلان است. بنابراین ، خلوص بالای نیمه هادی Vetekمواد اولیه CVD SICاز نظر هزینه و کیفیت ، رقابت بین المللی پیشرو دارد. خلوص مواد اولیه CVD SIC با خلوص بالا از 99.9995 ٪ بالاتر است.

✔ اندازه بزرگ و چگالی بالا: اندازه ذرات متوسط ​​حدود 4-10 میلی متر است و اندازه ذرات مواد اولیه Acheson خانگی <2.5 میلی متر است. همان حجم Crucible می تواند بیش از 1.5 کیلوگرم مواد اولیه را در خود جای دهد ، که برای حل مشکل تأمین کافی مواد رشد کریستالی به اندازه بزرگ ، کاهش گرافیت مواد اولیه ، کاهش بسته بندی کربن و بهبود کیفیت کریستال ، کمک می کند.

✔ نسبت SI/C کم: نزدیک به 1: 1 از مواد اولیه Acheson روش خودآشده است که می تواند نقص ناشی از افزایش فشار جزئی SI را کاهش دهد.

✔ مقدار خروجی بالا: مواد اولیه رشد یافته هنوز هم نمونه اولیه را حفظ می کنند ، باعث کاهش تبلور مجدد ، کاهش گرافیک مواد اولیه ، کاهش نقص بسته بندی کربن و بهبود کیفیت کریستال ها می شوند.

✔ خلوص بالاتر: خلوص مواد اولیه تولید شده با روش CVD بالاتر از مواد اولیه Acheson روش خودآشده است. محتوای نیتروژن بدون تصفیه اضافی به 0.09ppm رسیده است. این ماده اولیه همچنین می تواند نقش مهمی در میدان نیمه عیار ایفا کند.

✔ هزینه کمتری: نرخ تبخیر یکنواخت ، کنترل کیفیت فرآیند و محصول را تسهیل می کند ، ضمن بهبود میزان استفاده از مواد اولیه (میزان استفاده> 50 ٪ ، مواد اولیه 4.5 کیلوگرم تولید 3.5 کیلوگرم) و کاهش هزینه ها.

✔ نرخ خطای انسانی پایین: رسوب بخار شیمیایی از ناخالصی های معرفی شده توسط عملکرد انسان جلوگیری می کند.