Οι προκλήσεις των κλιβάνων ανάπτυξης κρυστάλλων καρβιδίου πυριτίου

ΟΚλίμακα κρυστάλλωνείναι ο βασικός εξοπλισμός για την καλλιέργεια κρυστάλλων καρβιδίου πυριτίου, που μοιράζονται ομοιότητες με παραδοσιακούς κλιβάνους ανάπτυξης κρυστάλλων πυριτίου. Η δομή του κλιβάνου δεν είναι υπερβολικά πολύπλοκη, κυρίως αποτελούμενη από το σώμα του κλιβάνου, το σύστημα θέρμανσης, τον μηχανισμό κίνησης πηνίου, το σύστημα απόκτησης κενού και το σύστημα μέτρησης, το σύστημα παροχής αερίου, το σύστημα ψύξης και το σύστημα ελέγχου. Οι συνθήκες θερμικού πεδίου και διεργασίας εντός του κλιβάνου καθορίζουν κρίσιμες παράμετροι όπως η ποιότητα, το μέγεθος και η ηλεκτρική αγωγιμότητα των κρυστάλλων καρβιδίου πυριτίου.

Από τη μία πλευρά, η θερμοκρασία κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης κρυστάλλου καρβιδίου του πυριτίου είναι εξαιρετικά υψηλή και δεν μπορεί να παρακολουθείται σε πραγματικό χρόνο, οπότε οι πρωταρχικές προκλήσεις βρίσκονται στην ίδια τη διαδικασία.Οι κύριες προκλήσεις είναι οι εξής:

(1) Δυσκολία στον έλεγχο θερμικού πεδίου: Η παρακολούθηση σε ένα σφραγισμένο θάλαμο υψηλής θερμοκρασίας είναι προκλητική και ανεξέλεγκτη. Σε αντίθεση με τον παραδοσιακό εξοπλισμό άμεσης διάλυσης με βάση το διάλυμα με βάση το διάλυμα, ο οποίος διαθέτει υψηλά επίπεδα αυτοματισμού και επιτρέπει παρατηρήσιμες και ρυθμιζόμενες διεργασίες ανάπτυξης, οι κρύσταλλοι καρβιδίου πυριτίου αναπτύσσονται σε ένα σφραγισμένο περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας πάνω από 2.000 ° C και απαιτείται ακριβής έλεγχος θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της παραγωγής, καθιστώντας τον έλεγχο της θερμοκρασίας ιδιαίτερα προκλητικό.

(2) Προκλήσεις ελέγχου κρυστάλλων δομής: Η διαδικασία ανάπτυξης είναι επιρρεπής σε ελαττώματα όπως μικροσωληνίσκους, πολυμορφικά εγκλείσματα και εξάρσεις, οι οποίες αλληλεπιδρούν και εξελίσσονται μεταξύ τους.

Οι μικροσωληνίσκοι (MP) είναι ελαττώματα διαμέσου τύπου που κυμαίνονται σε μέγεθος από διάφορα μικρομετρικά έως δεκάδες μικρομέτρια και θεωρούνται ελαττώματα δολοφόνων για συσκευές. Οι μεμονωμένοι κρυστάλλοι καρβιδίου πυριτίου περιλαμβάνουν πάνω από 200 διαφορετικές κρυσταλλικές δομές, αλλά μόνο μερικές κρυσταλλικές δομές (τύπος 4H) είναι κατάλληλες ως υλικά ημιαγωγών για παραγωγή. Οι μετασχηματισμοί της κρυσταλλικής δομής κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης μπορούν να οδηγήσουν σε ελαττώματα πολυμορφικής ακαθαρσίας, τόσο ακριβής έλεγχος της αναλογίας πυριτίου προς άνθρακα, της κλίσης θερμοκρασίας ανάπτυξης, του ρυθμού ανάπτυξης των κρυστάλλων και των παραμέτρων ροής/πίεσης αερίου.

Επιπλέον, οι διαβαθμίσεις θερμοκρασίας στο θερμικό πεδίο κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης μονής κρυστάλλου καρβιδίου πυριτίου έχουν ως αποτέλεσμα πρωτογενείς εσωτερικές τάσεις και επαγόμενες ατέλειες όπως οι εξάρσεις (βασικές εξάρσεις του επιπέδου BPD, η TSD TST TSD και οι εξάρσεις του άκρου), που επηρεάζουν την ποιότητα και την απόδοση των επακόλουθων επιταξικών στρωμάτων και των συσκευών.

(3) Δυσκολία στον έλεγχο του ντόπινγκ: Οι εξωτερικές ακαθαρσίες πρέπει να ελέγχονται αυστηρά για να ληφθούν κατευθυντικά αγώγιμα κρυστάλλους.

(4) αργός ρυθμός ανάπτυξης: Ο ρυθμός αύξησης των κρυστάλλων του καρβιδίου του πυριτίου είναι εξαιρετικά αργός. Ενώ τα παραδοσιακά υλικά πυριτίου μπορούν να σχηματίσουν μια κρυσταλλική ράβδο σε μόλις 3 ημέρες, οι κρυστάλλινες ράβδοι καρβιδίου πυριτίου απαιτούν 7 ημέρες, με αποτέλεσμα την εγγενώς χαμηλότερη απόδοση παραγωγής και την αυστηρά περιορισμένη παραγωγή.

Από την άλλη πλευρά, οι παραμέτρους γιαεπιταξονική ανάπτυξη του καρβιδίου του πυριτίουείναι εξαιρετικά αυστηροί, συμπεριλαμβανομένης της απόδοσης σφράγισης του εξοπλισμού, της σταθερότητας της πίεσης του θαλάμου αντίδρασης, του ακριβούς ελέγχου του χρόνου εισαγωγής αερίου, της ακριβούς λόγου αερίου και της αυστηρής διαχείρισης της θερμοκρασίας εναπόθεσης. Ειδικά καθώς αυξάνεται σημαντικά η δυσκολία ελέγχου των επιταξιακών παραμέτρων του πυρήνα του πυρήνα. Επιπλέον, καθώς αυξάνεται το πάχος του επιταξιακού στρώματος, εξασφαλίζοντας ομοιόμορφη αντίσταση διατηρώντας παράλληλα το πάχος και τη μείωση της πυκνότητας των ελαττωμάτων έχει γίνει μια άλλη σημαντική πρόκληση.

Στο σύστημα ηλεκτρικού ελέγχου, απαιτείται η ενσωμάτωση υψηλής ακρίβειας των αισθητήρων και των ενεργοποιητών για να διασφαλιστεί ότι όλες οι παράμετροι ρυθμίζονται με ακρίβεια και σταθερά. Η βελτιστοποίηση των αλγορίθμων ελέγχου είναι επίσης κρίσιμη, καθώς πρέπει να είναι σε θέση να προσαρμόσουν τις στρατηγικές ελέγχου σε πραγματικό χρόνο με βάση τα σήματα ανάδρασης για να προσαρμοστούν σε διάφορες αλλαγές κατά τη διάρκεια της επιταξιακής διαδικασίας ανάπτυξης καρβιδίου πυριτίου.

Βασικές προκλήσεις στην κατασκευή υποστρώματος SIC:

Από την πλευρά της προσφοράς, γιαΚλίβες ανάπτυξης κρυστάλλων SIC, λόγω παραγόντων όπως οι κύκλοι πιστοποίησης εξοπλισμού, το υψηλό κόστος που σχετίζεται με τους προμηθευτές μεταγωγής και τους κινδύνους σταθερότητας, οι εγχώριοι προμηθευτές δεν έχουν ακόμη προμηθεύσει εξοπλισμό στους διεθνείς κατασκευαστές SIC. Μεταξύ αυτών, οι διεθνείς κορυφαίοι κατασκευαστές καρβιδίου πυριτίου, όπως ο Wolfspeed, ο Coherent και ο Rohm, χρησιμοποιούν κυρίως τον εξοπλισμό ανάπτυξης κρυστάλλων που αναπτύχθηκαν και παράγονται στο σπίτι, ενώ άλλοι διεθνείς κατασκευαστές υποστρώματος καρβιδίου πυριτίου κυρίως αγοράζουν κρυσταλλικό εξοπλισμό ανάπτυξης από τη γερμανική PVA Tepla και την Ιαπωνική Nissin Kikai Co., Ltd.