Metodi di preparazione dei singoli cristalli di SiC: focalizzazione sul metodo PVT

I principali metodi di preparazione dei singoli cristalli di carburo di silicio (SiC) sono il trasporto fisico del vapore (PVT), la crescita della soluzione a semi superiori (TSSG),e deposizione chimica a vapore ad alta temperatura (HT-CVD).
Tra questi, laMetodo PVTè il più ampiamente adottato nella produzione industriale a causa della sua semplice attrezzatura, della facilità di controllo, del costo relativamente basso dell'attrezzatura e delle spese operative.

Tecnologie chiave nella crescita dei cristalli di SiC in PVT

Diagramma schematico della struttura di crescita del PVT

Le considerazioni chiave per la coltivazione di cristalli di SiC utilizzando il metodo del trasporto fisico di vapore (PVT) includono:

Purezza dei materiali di grafite nel campo termico

Il tenore di impurità nelle parti di grafite deve essere inferiore5×10-6, e il tenore di impurità nel feltro isolante dovrebbe essere inferiore10 × 10-6.

Le concentrazioni di boro (B) e alluminio (Al) devono essere inferiori a:0.1×10-6.

Scelta corretta della polarità del cristallo di semi

IlC (0001)il viso è adatto per la crescita4H-SiCCristali.

IlSi (0001)il viso è adatto per la crescita6H-SiCCristali.

Utilizzo di cristalli di sementi fuori dell'asse

I semi fuori asse alterano la simmetria di crescita e contribuiscono a ridurre la formazione di difetti nel cristallo.

Processo di legame dei cristalli di semi

Garantisce stabilità meccanica e uniformità durante il processo di crescita.

Interfaccia di crescita stabile durante il processo

Il mantenimento di un'interfaccia stabile tra solido e gas è fondamentale per una formazione cristallina di alta qualità.

Tecnologie critiche per la crescita dei cristalli di SiC

Tecnologia di doping nella polvere di SiC

Doping al cerio (Ce)nella polvere di origine favorisce la crescita stabile dei cristalli monofase di 4H-SiC.

I vantaggi includono un aumento del tasso di crescita, un miglior controllo dell'orientamento, una riduzione delle impurità e dei difetti e una maggiore stabilità monofase e qualità dei cristalli.

Aiuta anche a sopprimere l'erosione posteriore e migliora la cristallinità singola.

Controllo dei gradienti termici assiali e radiali

Il gradiente termico assiale influenza la stabilità del politipo e l'efficienza di crescita.

Bassi gradienti possono provocare politipi indesiderati e ridurre il trasporto dei materiali.

Le gradienti assiali e radiali adeguate garantiscono una crescita rapida e una qualità cristallina stabile.

Controllo della lussazione del piano basale (BPD)

Le BPD sono causate da uno sforzo di taglio superiore allo sforzo di taglio critico del SiC.

Questi difetti si formano durante le fasi di crescita e raffreddamento a causa dell'attivazione del sistema di scivolamento.

Ridurre lo stress interno riduce al minimo la formazione di BPD.

Controllo del rapporto di composizione della fase gassosa

Apiù elevato rapporto carbonio/silicioin fase gassosa aiuta a sopprimere la conversione di politipo.

Riduce i grandi gruppi di passaggi, mantiene le informazioni sulla superficie di crescita e migliora la stabilità del politipo.

- Sì.

Controllo della crescita a basso stress

Lo stress interno porta alla piegatura del reticolo, alla fessurazione dei cristalli e all'aumento delle BPD, influenzando negativamente l'epitaxia e le prestazioni del dispositivo.

Le strategie chiave per ridurre lo stress includono:

• Ottimizzazione dei parametri del campo termico e del processoper avvicinarsi alla crescita di equilibrio.

• Riprogettazione della struttura del crogioloPer permettere la libera espansione dei cristalli.

• Adattamento dei metodi di legame delle sementi, ad esempio, lasciando unSpazio di 2 mmtra il contenitore di semi e il contenitore di grafite per accogliere le differenze di espansione termica.

• Controllo del ricottamento post-crescita, compreso il raffreddamento in situ del forno e parametri di ricottura ottimizzati per rilasciare lo stress residuo.

Tendenze dello sviluppo della tecnologia di crescita dei cristalli di SiC
 

In futuro, la crescita di singoli cristalli di SiC di alta qualità progredirà nelle seguenti direzioni:

Dimensioni più grandi

Il diametro delle onde SiC è cresciuto da pochi millimetri a6 pollici, 8 pollici., e persino12 pollici.

Gli wafer più grandi migliorano l'efficienza della produzione, riducono i costi e soddisfano i requisiti dei dispositivi ad alta potenza.

Qualità superiore

Mentre la qualità dei cristalli SiC è migliorata in modo significativo, persistono ancora difetti come micropipes, lussazioni e impurità.

L'eliminazione di tali difetti è fondamentale per garantire le prestazioni e l'affidabilità del dispositivo.

Costo inferiore

L'attuale elevato costo dei cristalli di SiC limita la loro diffusione.

La riduzione dei costi può essere ottenuta attraverso l'ottimizzazione dei processi, una maggiore efficienza e materie prime più economiche.

Conclusione:

La crescita di singoli cristalli di SiC di alta qualità è un'area chiave della ricerca sui materiali semiconduttori.che stabilisce una solida base per la sua applicazione ad alta temperatura, elettronica ad alta frequenza e ad alta potenza.

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