Πώς να επιτύχετε υψηλής ποιότητας κρυστάλλινη ανάπτυξη; - Φούρνος ανάπτυξης κρυστάλλων SIC

1. Ποια είναι η βασική αρχή του κλιβάνου κρυστάλλου καρβιδίου πυριτίου;

Η αρχή λειτουργίας του κλιβάνου κρυστάλλου καρβιδίου πυριτίου είναι φυσική εξάχνωση (PVT). Η μέθοδος PVT είναι μία από τις πιο αποτελεσματικές μεθόδους για την ανάπτυξη μονών κρυστάλλων SIC υψηλής καθαρότητας. Μέσω του ακριβούς ελέγχου του θερμικού πεδίου, της ατμόσφαιρας και των παραμέτρων ανάπτυξης, ο κλίβανος ανάπτυξης κρυστάλλου καρβιδίου πυριτίου μπορεί να λειτουργήσει σταθερά σε υψηλές θερμοκρασίες για να ολοκληρωθεί η διαδικασία εξάχνωσης, μετάδοσης αερίων και συμπύκνωσης συμπύκνωσηςΣκόνη.

1.1 Αρχή λειτουργίας του κλιβάνου ανάπτυξης

● Μέθοδος PVT

Ο πυρήνας της μεθόδου PVT είναι η εξειδίκευση της σκόνης καρβιδίου πυριτίου σε αέρια συστατικά σε υψηλές θερμοκρασίες και συμπυκνώνεται στον κρύσταλλο σπόρου μέσω μετάδοσης αερίων για να σχηματίσει μία μόνο κρυσταλλική δομή. Αυτή η μέθοδος έχει σημαντικά πλεονεκτήματα στην παρασκευή κρυστάλλων μεγάλου μεγέθους υψηλής καθαρότητας.

● Βασική διαδικασία ανάπτυξης κρυστάλλων

✔ εξάχνωση: Η σκόνη SIC στο χωνευτήριο εξάγεται σε αέρια συστατικά όπως Si, C2 και SiC2 σε υψηλή θερμοκρασία πάνω από 2000 ℃.

✔ Μεταφορά: Κάτω από τη δράση της θερμικής κλίσης, τα αέρια συστατικά μεταδίδονται από τη ζώνη υψηλής θερμοκρασίας (ζώνη σκόνης) στη ζώνη χαμηλής θερμοκρασίας (επιφάνεια κρυστάλλου σπόρου).

✔ Κρυστάλλωση συμπύκνωσης: Τα πτητικά συστατικά καταβυθίζονται στην επιφάνεια του κρυστάλλου σπόρου και αναπτύσσονται κατά μήκος της κατεύθυνσης του πλέγματος για να σχηματίσουν έναν μόνο κρύσταλλο.

1.2 Ειδικές αρχές ανάπτυξης κρυστάλλων

Η διαδικασία ανάπτυξης των κρυστάλλων καρβιδίου πυριτίου χωρίζεται σε τρία στάδια, τα οποία συνδέονται στενά μεταξύ τους και επηρεάζουν την τελική ποιότητα του κρυστάλλου.

✔ εξάχνωση σκόνης SIC: Υπό συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας, το στερεό SIC (καρβίδιο του πυριτίου) θα εξαγοράσει σε αέρια πυρίτιο (SI) και αέρινα άνθρακα (C) και η αντίδραση είναι η εξής:

SIC (S) → Si (G) + C (G)

Και πιο πολύπλοκες δευτερογενείς αντιδράσεις για την παραγωγή πτητικών αέριων συστατικών (όπως το SIC2). Η υψηλή θερμοκρασία είναι μια απαραίτητη προϋπόθεση για την προώθηση των αντιδράσεων εξάχνωσης.

✔ Μεταφορά αερίου: Τα αέρια εξαρτήματα μεταφέρονται από τη ζώνη εξάχνωσης του χωνευτηρίου στη ζώνη σπόρου κάτω από την κίνηση της κλίσης της θερμοκρασίας. Η σταθερότητα της ροής αερίου καθορίζει την ομοιομορφία της εναπόθεσης.

✔ Κρυστάλλωση συμπύκνωσης: Σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, τα πτητικά αέρια συστατικά συνδυάζονται με την επιφάνεια του κρυστάλλου σπόρου για να σχηματίσουν στερεούς κρυστάλλους. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει πολύπλοκους μηχανισμούς θερμοδυναμικής και κρυσταλλογραφίας.

1.3 Βασικές παράμετροι για ανάπτυξη κρυστάλλου καρβιδίου πυριτίου

Οι κρύσταλλοι SIC υψηλής ποιότητας απαιτούν ακριβή έλεγχο των ακόλουθων παραμέτρων:

✔ Θερμοκρασία: Η ζώνη εξάχνωσης πρέπει να διατηρείται πάνω από 2000 ℃ για να εξασφαλιστεί η πλήρης αποσύνθεση της σκόνης. Η θερμοκρασία της ζώνης σπόρου ελέγχεται στις 1600-1800 ℃ για να εξασφαλιστεί μέτρια ποσοστό εναπόθεσης.

✔ Πίεση: Η ανάπτυξη PVT πραγματοποιείται συνήθως σε περιβάλλον χαμηλής πίεσης 10-20 torr για να διατηρηθεί η σταθερότητα της μεταφοράς αερίου.

✔ ατμόσφαιρα: Χρησιμοποιήστε αργό υψηλής καθαρότητας ως αέριο φορέα για να αποφύγετε τη μόλυνση των ακαθαρσιών κατά τη διάρκεια της διαδικασίας αντίδρασης. Η καθαρότητα της ατμόσφαιρας είναι ζωτικής σημασίας για την καταστολή των κρυσταλλικών ελαττωμάτων.

✔ Ώρα: Ο χρόνος ανάπτυξης των κρυστάλλων είναι συνήθως σε δεκάδες ώρες για να επιτευχθεί ομοιόμορφη ανάπτυξη και κατάλληλο πάχος.

2. Ποια είναι η δομή του φούρνου ανάπτυξης κρυστάλλου καρβιδίου πυριτίου;

Η βελτιστοποίηση της δομής του κλιβάνου κρυστάλλου καρβιδίου πυριτίου επικεντρώνεται κυρίως στην θέρμανση υψηλής θερμοκρασίας, τον έλεγχο της ατμόσφαιρας, τον σχεδιασμό πεδίου θερμοκρασίας και το σύστημα παρακολούθησης.

2.1 Κύρια συστατικά του κλιβάνου ανάπτυξης

● Σύστημα θέρμανσης υψηλής θερμοκρασίας

✔ Θέρμανση αντίστασης: Χρησιμοποιήστε σύρμα αντίστασης υψηλής θερμοκρασίας (όπως μολυβδαινικό, βολφραμίου) για να παρέχετε άμεσα θερμική ενέργεια. Το πλεονέκτημα είναι η ακρίβεια ελέγχου υψηλής θερμοκρασίας, αλλά η ζωή περιορίζεται σε υψηλή θερμοκρασία.

✔ Θέρμανση επαγωγής: Η θέρμανση ρεύματος Eddy δημιουργείται στο χωνευτήριο μέσω ενός επαγωγικού πηνίου. Έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής απόδοσης και της μη επαφής, αλλά το κόστος του εξοπλισμού είναι σχετικά υψηλό.

● Σταθμός σπόρου γραφίτη Crucible και υποστρώματος

✔ Το Graphite Crucible υψηλής καθαρότητας εξασφαλίζει σταθερότητα υψηλής θερμοκρασίας.

✔ Ο σχεδιασμός του σταθμού σπόρων πρέπει να λαμβάνει υπόψη τόσο την ομοιομορφία της ροής αέρα όσο και τη θερμική αγωγιμότητα.

● Συσκευή ελέγχου ατμόσφαιρας

✔ Εξοπλισμένο με σύστημα παροχής αερίου υψηλής καθαρότητας και βαλβίδα ρύθμισης πίεσης για να εξασφαλιστεί η καθαρότητα και η σταθερότητα του περιβάλλοντος αντίδρασης.

● Σχεδιασμός ομοιομορφίας πεδίου θερμοκρασίας

✔ Με τη βελτιστοποίηση του πάχους του τοιχώματος του χωνευτηρίου, της κατανομής των στοιχείων θέρμανσης και της δομής της θωράκισης θερμότητας, επιτυγχάνεται η ομοιόμορφη κατανομή του πεδίου θερμοκρασίας, μειώνοντας την επίδραση της θερμικής πίεσης στον κρύσταλλο.

2.2 Σχεδιασμός πεδίου θερμοκρασίας και θερμικής κλίσης

✔ Σημασία της ομοιομορφίας πεδίου θερμοκρασίας: Το ανομοιόμορφο πεδίο θερμοκρασίας θα οδηγήσει σε διαφορετικούς ρυθμούς τοπικής ανάπτυξης και ελαττώματα μέσα στον κρύσταλλο. Η ομοιομορφία του πεδίου θερμοκρασίας μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά μέσω του δακτυλιοειδούς σχεδιασμού συμμετρίας και της βελτιστοποίησης της θωράκισης θερμότητας.

✔ Ακριβής έλεγχος της θερμικής κλίσης: Ρυθμίστε τη διανομή ισχύος των θερμαντήρων και χρησιμοποιήστε τις θερμαντικές ασπίδες για να διαχωρίσετε διαφορετικές περιοχές για να μειώσετε τις διαφορές θερμοκρασίας. Επειδή οι θερμικές κλίσεις έχουν άμεση επίδραση στο πάχος του κρυστάλλου και στην ποιότητα της επιφάνειας.

2.3 Σύστημα παρακολούθησης για διαδικασία ανάπτυξης κρυστάλλων

✔ Παρακολούθηση θερμοκρασίας: Χρησιμοποιήστε αισθητήρες θερμοκρασίας οπτικών ινών για να παρακολουθείτε τη θερμοκρασία σε πραγματικό χρόνο της ζώνης εξάχνωσης και της ζώνης σπόρου. Το σύστημα ανάδρασης δεδομένων μπορεί να ρυθμίσει αυτόματα την ισχύ θέρμανσης.

✔ Παρακολούθηση του ρυθμού ανάπτυξης: Χρησιμοποιήστε συμβολομετρία λέιζερ για να μετρήσετε τον ρυθμό ανάπτυξης της κρυστάλλινης επιφάνειας. Συνδυάστε τα δεδομένα παρακολούθησης με αλγόριθμους μοντελοποίησης για να βελτιστοποιήσετε δυναμικά τη διαδικασία.

3. Ποιες είναι οι τεχνικές δυσκολίες του κλιβάνου κρυστάλλου καρβιδίου πυριτίου;

Τα τεχνικά σημεία συμφόρησης του κλιβάνου κρυστάλλου καρβιδίου πυριτίου συγκεντρώνονται κυρίως σε υλικά υψηλής θερμοκρασίας, έλεγχο πεδίου θερμοκρασίας, καταστολή ελαττωμάτων και επέκταση μεγέθους.

3.1 Επιλογή και προκλήσεις υλικών υψηλής θερμοκρασίας

Γραφίτηςοξειδώνεται εύκολα σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες καιΕπικάλυψηΠρέπει να προστεθεί για τη βελτίωση της αντοχής στην οξείδωση. Η ποιότητα της επικάλυψης επηρεάζει άμεσα τη ζωή του κλιβάνου.

Το όριο ζωής και θερμοκρασίας του στοιχείου θέρμανσης. Τα καλώδια αντίστασης υψηλής θερμοκρασίας πρέπει να έχουν υψηλή αντίσταση κόπωσης. Ο εξοπλισμός θέρμανσης επαγωγής πρέπει να βελτιστοποιήσει το σχεδιασμό διασύνδεσης θερμότητας του πηνίου.

3.2 ακριβής έλεγχος της θερμοκρασίας και του θερμικού πεδίου

Η επίδραση του μη ομοιόμορφου θερμικού πεδίου θα οδηγήσει σε αύξηση των σφάλματος και των εξάρσεων στοίβαξης. Το μοντέλο προσομοίωσης θερμικού πεδίου του κλιβάνου πρέπει να βελτιστοποιηθεί για την ανίχνευση προβλημάτων εκ των προτέρων.

Αξιοπιστία του εξοπλισμού παρακολούθησης υψηλής θερμοκρασίας. Οι αισθητήρες υψηλής θερμοκρασίας πρέπει να είναι ανθεκτικοί στην ακτινοβολία και το θερμικό σοκ.

3.3 Έλεγχος κρυστάλλων ελαττωμάτων

Τα σφάλματα στοίβαξης, οι εξάρσεις και τα πολυμορφικά υβρίδια είναι οι κύριοι τύποι ελαττωμάτων. Η βελτιστοποίηση του θερμικού πεδίου και της ατμόσφαιρας βοηθά στη μείωση της πυκνότητας ελαττωμάτων.

Έλεγχος πηγών ακαθαρσιών. Η χρήση υλικών υψηλής καθαρότητας και η σφράγιση του κλιβάνου είναι ζωτικής σημασίας για την καταστολή των ακαθαρσιών.

3.4 Προκλήσεις της ανάπτυξης κρυστάλλων μεγάλου μεγέθους

Οι απαιτήσεις της ομοιομορφίας του θερμικού πεδίου για την επέκταση του μεγέθους. Όταν το μέγεθος του κρυστάλλου επεκτείνεται από 4 ίντσες σε 8 ίντσες, ο σχεδιασμός ομοιομορφίας πεδίου θερμοκρασίας πρέπει να αναβαθμιστεί πλήρως.

Λύση για τα προβλήματα ρωγμών και στρέβλωσης. Μειώστε την παραμόρφωση του κρυστάλλου μειώνοντας τη κλίση θερμικής τάσης.

4. Ποιες είναι οι πρώτες ύλες για την καλλιέργεια κρυστάλλων SIC υψηλής ποιότητας;

Το Vetek Semiconductor έχει αναπτύξει μια νέα πρώτη ύλη SIC Single Crystal -Υψηλή καθαρότητα CVD SIC ΠΡΩΤΟ ΥΛΙΚΟ. Αυτό το προϊόν γεμίζει το εγχώριο κενό και βρίσκεται επίσης στο κύριο επίπεδο παγκοσμίως και θα βρίσκεται σε μακροπρόθεσμη ηγετική θέση στον ανταγωνισμό. Οι παραδοσιακές πρώτες ύλες καρβιδίου πυριτίου παράγονται από την αντίδραση πυριτίου και γραφίτη υψηλής καθαρότητας, οι οποίες έχουν υψηλό κόστος, χαμηλό σε καθαρότητα και μικρό μέγεθος.

Η τεχνολογία ρευστοποιημένης κλίνης του Vetek Semiconductor χρησιμοποιεί μεθυλοτρτιχλωροσυλανάνιο για τη δημιουργία πρώτων υλών καρβιδίου πυριτίου μέσω της εναπόθεσης χημικών ατμών και το κύριο παραπροϊόν είναι υδροχλωρικό οξύ. Το υδροχλωρικό οξύ μπορεί να σχηματίσει άλατα εξουδετερωμένα με αλκαλικό και δεν θα προκαλέσει ρύπανση στο περιβάλλον. 

Ταυτόχρονα, το μεθυλοτρχλωροσυλάνιο είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο βιομηχανικό αέριο με χαμηλό κόστος και ευρείες πηγές, ειδικά η Κίνα είναι ο κύριος παραγωγός μεθυλοτρικλωροσιλάνης. Ως εκ τούτου, η υψηλή καθαρότητα του Vetek SemiconductorΠΡΩΤΟ ΥΛΙΚΟ CVD SICέχει διεθνή κορυφαία ανταγωνιστικότητα όσον αφορά το κόστος και την ποιότητα.

✔ Μεγάλο μέγεθος και υψηλή πυκνότητα: Το μέσο μέγεθος σωματιδίων είναι περίπου 4-10mm και το μέγεθος των σωματιδίων των πρώτων υλών Acheson είναι <2,5mm. Ο ίδιος χωνευτικός όγκος μπορεί να διατηρήσει πάνω από 1,5 κιλά πρώτων υλών, γεγονός που ευνοεί την επίλυση του προβλήματος της ανεπαρκούς παροχής υλικά ανάπτυξης κρυστάλλων μεγάλου μεγέθους, ανακουφίζοντας τη γραφιοποίηση των πρώτων υλών, μειώνοντας την περιτύλιξη του άνθρακα και βελτιώνοντας την ποιότητα των κρυστάλλων.

✔ Χαμηλή αναλογία Si/C: Είναι πιο κοντά στο 1: 1 από τις πρώτες ύλες του Acheson της μεθόδου αυτοπροβολής, η οποία μπορεί να μειώσει τα ελαττώματα που προκαλούνται από την αύξηση της μερικής πίεσης SI.

✔ Υψηλή τιμή εξόδου: Οι αναπτυσσόμενες πρώτες ύλες εξακολουθούν να διατηρούν το πρωτότυπο, να μειώσουν την ανακρυστάλλωση, να μειώσουν τη γραφειτοποίηση των πρώτων υλών, να μειώσουν τα ελαττώματα του άνθρακα και να βελτιώσουν την ποιότητα των κρυστάλλων.

✔ Υψηλότερη καθαρότητα: Η καθαρότητα των πρώτων υλών που παράγεται από τη μέθοδο CVD είναι υψηλότερη από αυτή των πρώτων υλών Acheson της μεθόδου αυτο-προώθησης. Η περιεκτικότητα σε άζωτο έχει φτάσει τα 0,09ppm χωρίς πρόσθετο καθαρισμό. Αυτή η πρώτη ύλη μπορεί επίσης να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στον τομέα της ημι-οικειοποίησης.

✔ χαμηλότερο κόστος: Το ομοιόμορφο ποσοστό εξάτμισης διευκολύνει τον έλεγχο της διαδικασίας και της ποιότητας του προϊόντος, βελτιώνοντας ταυτόχρονα το ποσοστό χρησιμοποίησης των πρώτων υλών (ρυθμός αξιοποίησης> 50%, 4,5kg πρώτες ύλες παράγουν πλινθώματα 3,5 kg), μειώνοντας το κόστος.

✔ Χαμηλό ποσοστό ανθρώπινου σφάλματος: Η εναπόθεση χημικών ατμών αποφεύγει τις ακαθαρσίες που εισάγονται από την ανθρώπινη λειτουργία.