Làm thế nào để đạt được sự tăng trưởng tinh thể chất lượng cao? - Lò tăng trưởng tinh thể sic

1. Nguyên tắc cơ bản của lò tăng trưởng tinh thể cacbua silicon là gì?

Nguyên tắc làm việc của lò tăng trưởng tinh thể cacbua silicon là sự thăng hoa vật lý (PVT). Phương pháp PVT là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để phát triển các tinh thể đơn SIC có độ tinh khiết cao. Thông qua sự kiểm soát chính xác của trường nhiệt, khí quyển và các thông số tăng trưởng, lò tăng trưởng tinh thể cacbua silicon có thể hoạt động ổn định ở nhiệt độ cao để hoàn thành quá trình kết tinh, truyền pha khí và kết tinh ngưng tụ của quá trình kết tinh của quá trình kết tinh củaBột sic.

1.1 Nguyên tắc làm việc của lò tăng trưởng

● Phương pháp Pvt

Lõi của phương pháp PVT là thăng hoa bột cacbua silicon thành các thành phần khí ở nhiệt độ cao, và ngưng tụ trên tinh thể hạt thông qua truyền pha khí để tạo thành một cấu trúc tinh thể đơn. Phương pháp này có những lợi thế đáng kể trong việc chuẩn bị tinh khiết cao, các tinh thể kích thước lớn.

● Quá trình tăng trưởng tinh thể cơ bản

Thăng hoa: Bột sic trong nồi nấu kim loại được thăng hoa thành các thành phần khí như SI, C2 và SIC2 ở nhiệt độ cao trên 2000.

Vận chuyển: Dưới tác động của gradient nhiệt, các thành phần khí được truyền từ vùng nhiệt độ cao (vùng bột) đến vùng nhiệt độ thấp (bề mặt tinh thể hạt).

✔ Hợp chất ngưng tụ: Các thành phần dễ bay hơi kết tủa trên bề mặt tinh thể hạt và phát triển dọc theo hướng mạng để tạo thành một tinh thể đơn.

1.2 Các nguyên tắc cụ thể của sự phát triển tinh thể

Quá trình tăng trưởng của các tinh thể cacbua silicon được chia thành ba giai đoạn, được liên kết chặt chẽ với nhau và ảnh hưởng đến chất lượng cuối cùng của tinh thể.

✔ Sic Bột thăng hoa: Trong điều kiện nhiệt độ cao, sic rắn (silicon cacbua) sẽ thăng hoa thành silicon khí (SI) và carbon khí (C), và phản ứng như sau:

Sic (s) → si (g) + c (g)

Và các phản ứng thứ cấp phức tạp hơn để tạo ra các thành phần khí dễ bay hơi (như SIC2). Nhiệt độ cao là một điều kiện cần thiết để thúc đẩy các phản ứng thăng hoa.

✔ Vận chuyển pha khí: Các thành phần khí được vận chuyển từ vùng thăng hoa của nồi nấu kim loại đến vùng hạt dưới ổ đĩa của độ dốc nhiệt độ. Tính ổn định của dòng khí xác định tính đồng nhất của sự lắng đọng.

✔ Hợp chất ngưng tụ: Ở nhiệt độ thấp hơn, các thành phần khí dễ bay hơi kết hợp với bề mặt của tinh thể hạt để tạo thành các tinh thể rắn. Quá trình này liên quan đến các cơ chế phức tạp của nhiệt động lực học và tinh thể học.

1.3 Các thông số chính cho sự phát triển tinh thể cacbua silicon

Các tinh thể SIC chất lượng cao yêu cầu kiểm soát chính xác các tham số sau:

Nhiệt độ: Vùng thăng hoa cần được giữ trên 2000 để đảm bảo phân hủy hoàn toàn bột. Nhiệt độ của vùng hạt được kiểm soát ở 1600-1800 để đảm bảo tốc độ lắng đọng vừa phải.

✔ áp lực: Tăng trưởng PVT thường được thực hiện trong môi trường áp suất thấp 10-20 TORR để duy trì sự ổn định của vận chuyển pha khí. Áp suất cao hoặc quá thấp sẽ dẫn đến tốc độ tăng trưởng tinh thể quá nhanh hoặc tăng khiếm khuyết.

Bầu không khí: Sử dụng argon tinh khiết cao làm khí mang để tránh ô nhiễm tạp chất trong quá trình phản ứng. Độ tinh khiết của khí quyển là rất quan trọng đối với việc ức chế các khuyết tật tinh thể.

✔ Thời gian: Thời gian tăng trưởng tinh thể thường lên đến hàng chục giờ để đạt được sự tăng trưởng đồng đều và độ dày thích hợp.

2. Cấu trúc của lò tăng trưởng tinh thể cacbua silicon là gì?

Việc tối ưu hóa cấu trúc của lò tăng trưởng tinh thể cacbua silicon chủ yếu tập trung vào hệ thống sưởi nhiệt độ cao, kiểm soát khí quyển, thiết kế trường nhiệt độ và hệ thống giám sát.

2.1 Các thành phần chính của lò tăng trưởng

● Hệ thống sưởi nhiệt độ cao

✔ Hệ thống sưởi kháng thuốc: Sử dụng dây điện trở nhiệt độ cao (như molybden, vonfram) để trực tiếp cung cấp năng lượng nhiệt. Ưu điểm là độ chính xác kiểm soát nhiệt độ cao, nhưng tuổi thọ bị hạn chế ở nhiệt độ cao.

✔ Hệ thống sưởi cảm ứng: Hệ thống sưởi hiện tại xoáy được tạo ra trong nồi nấu kim loại thông qua một cuộn cảm ứng. Nó có lợi thế của hiệu quả cao và không tiếp xúc, nhưng chi phí thiết bị tương đối cao.

● Trạm hạt giống và chất nền than chì

✔ GROTHITE CAO CẤP TUYỆT VỜI TUYỆT VỜI TUYỆT VỜI TUYỆT VỜI TUYỆT VỜI.

Thiết kế của trạm hạt giống phải tính đến cả tính đồng nhất của luồng không khí và độ dẫn nhiệt.

● Thiết bị điều khiển bầu không khí

Được trang bị hệ thống phân phối khí có độ tinh khiết cao và van điều chỉnh áp suất để đảm bảo độ tinh khiết và ổn định của môi trường phản ứng.

● Thiết kế đồng nhất trường nhiệt độ

Bằng cách tối ưu hóa độ dày thành nồi nấu kim loại, phân bố phần tử sưởi ấm và cấu trúc lá chắn nhiệt, sự phân bố đồng đều của trường nhiệt độ đạt được, làm giảm tác động của ứng suất nhiệt lên tinh thể.

2.2 Thiết kế trường nhiệt độ và độ dốc nhiệt

✔ Tầm quan trọng của tính đồng nhất trường nhiệt độ: Trường nhiệt độ không đồng đều sẽ dẫn đến tốc độ tăng trưởng cục bộ khác nhau và các khiếm khuyết bên trong tinh thể. Tính đồng nhất của trường nhiệt độ có thể được cải thiện đáng kể thông qua thiết kế đối xứng hình khuyên và tối ưu hóa lá chắn nhiệt.

✔ Kiểm soát chính xác độ dốc nhiệt: Điều chỉnh sự phân bố năng lượng của máy sưởi và sử dụng các tấm chắn nhiệt để tách các khu vực khác nhau để giảm chênh lệch nhiệt độ. Bởi vì độ dốc nhiệt có tác động trực tiếp đến độ dày tinh thể và chất lượng bề mặt.

2.3 Hệ thống giám sát cho quá trình tăng trưởng tinh thể

✔ Giám sát nhiệt độ: Sử dụng các cảm biến nhiệt độ sợi quang để theo dõi nhiệt độ thời gian thực của vùng thăng hoa và vùng hạt. Hệ thống phản hồi dữ liệu có thể tự động điều chỉnh năng lượng sưởi ấm.

✔ Giám sát tốc độ tăng trưởng: Sử dụng giao thoa kế laser để đo tốc độ tăng trưởng của bề mặt tinh thể. Kết hợp dữ liệu giám sát với các thuật toán mô hình hóa để tối ưu hóa quá trình.

3. Những khó khăn kỹ thuật của lò tăng trưởng tinh thể cacbua silicon là gì?

Các nút thắt kỹ thuật của lò tăng trưởng tinh thể cacbua silicon chủ yếu tập trung trong các vật liệu nhiệt độ cao, kiểm soát trường nhiệt độ, triệt tiêu khiếm khuyết và mở rộng kích thước.

3.1 Lựa chọn và thách thức của vật liệu nhiệt độ cao

Than chìdễ bị oxy hóa ở nhiệt độ cực cao vàLớp phủ sicCần thêm để cải thiện khả năng kháng oxy hóa. Chất lượng của lớp phủ ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của lò.

Đun nóng tuổi thọ và giới hạn nhiệt độ. Dây kháng nhiệt độ cao cần phải có khả năng chống mỏi cao. Thiết bị sưởi ấm cảm ứng cần tối ưu hóa thiết kế tản nhiệt cuộn dây.

3.2 Kiểm soát chính xác nhiệt độ và trường nhiệt

Ảnh hưởng của trường nhiệt không đồng đều sẽ dẫn đến sự gia tăng các lỗi và trật khớp xếp chồng. Mô hình mô phỏng trường nhiệt lò cần được tối ưu hóa để phát hiện các vấn đề trước.

Độ tin cậy của thiết bị giám sát nhiệt độ cao. Các cảm biến nhiệt độ cao cần phải có khả năng chống bức xạ và sốc nhiệt.

3.3 Kiểm soát các khuyết tật tinh thể

Các lỗi xếp chồng, trật khớp và lai đa hình là các loại khiếm khuyết chính. Tối ưu hóa trường nhiệt và khí quyển giúp giảm mật độ khiếm khuyết.

Kiểm soát các nguồn tạp chất. Việc sử dụng các vật liệu tinh khiết cao và niêm phong lò là rất quan trọng đối với sự ức chế tạp chất.

3,4 Những thách thức của sự phát triển tinh thể kích thước lớn

Các yêu cầu của tính đồng nhất trường nhiệt để mở rộng kích thước. Khi kích thước tinh thể được mở rộng từ 4 inch đến 8 inch, thiết kế đồng nhất trường nhiệt độ cần được nâng cấp đầy đủ.

Giải pháp cho các vấn đề nứt và cong vênh. Giảm biến dạng tinh thể bằng cách giảm độ dốc ứng suất nhiệt.

4. Các nguyên liệu thô để phát triển các tinh thể SIC chất lượng cao là gì?

Chất bán dẫn Vetek đã phát triển một vật liệu thô SIC SINGE mới -CVD SIC có độ tinh khiết cao. Sản phẩm này lấp đầy khoảng cách trong nước và cũng ở cấp độ hàng đầu trên toàn cầu, và sẽ ở vị trí hàng đầu lâu dài trong cuộc thi. Nguyên liệu thô silicon truyền thống được sản xuất bởi phản ứng của silicon và than chì có độ tinh khiết cao, có chi phí cao, độ tinh khiết thấp và kích thước nhỏ.

Công nghệ giường lỏng của Bán dẫn của Vetek sử dụng methyltrichlorosilane để tạo ra nguyên liệu thô cacbua silicon thông qua lắng đọng hơi hóa học, và sản phẩm phụ chính là axit clohydric. Axit clohydric có thể hình thành muối bằng cách trung hòa với kiềm, và sẽ không gây ra bất kỳ ô nhiễm nào cho môi trường. 

Đồng thời, methyltrichlorosilane là một loại khí công nghiệp được sử dụng rộng rãi với chi phí thấp và các nguồn rộng, đặc biệt là Trung Quốc là nhà sản xuất chính của methyltrichlorosilane. Do đó, độ tinh khiết cao của chất bán dẫn vetekCVD sic nguyên liệucó khả năng cạnh tranh hàng đầu quốc tế về chi phí và chất lượng. Độ tinh khiết của nguyên liệu CVD SIC có độ tinh khiết cao cao hơn 99,9995%.

✔ Kích thước lớn và mật độ cao: Kích thước hạt trung bình là khoảng 4-10mm và kích thước hạt của nguyên liệu Acheson trong nước là <2,5mm. Cùng một khối lượng nồi nấu kim loại có thể chứa hơn 1,5kg nguyên liệu thô, có lợi cho việc giải quyết vấn đề không đủ cung cấp vật liệu tăng trưởng tinh thể kích thước lớn, giảm bớt việc đồ họa hóa nguyên liệu thô, giảm gói carbon và cải thiện chất lượng tinh thể.

Tỷ lệ Si/C thấp: Nó gần với 1: 1 so với nguyên liệu thô Acheson của phương pháp tự mở, có thể làm giảm các khiếm khuyết do sự gia tăng áp lực một phần SI.

✔ Giá trị đầu ra cao: Các nguyên liệu thô được phát triển vẫn duy trì nguyên mẫu, giảm kết tinh lại, giảm đồ họa hóa nguyên liệu thô, giảm các khiếm khuyết gói carbon và cải thiện chất lượng của tinh thể.

Độ tinh khiết cao hơn: Độ tinh khiết của nguyên liệu thô được sản xuất bằng phương pháp CVD cao hơn so với nguyên liệu thô của phương pháp tự mở. Hàm lượng nitơ đã đạt 0,09ppm mà không cần tinh chế thêm. Nguyên liệu thô này cũng có thể đóng một vai trò quan trọng trong lĩnh vực bán kết hợp.

Chi phí thấp hơn: Tốc độ bay hơi thống nhất tạo điều kiện cho quá trình kiểm soát chất lượng sản phẩm và sản phẩm, đồng thời cải thiện tốc độ sử dụng của nguyên liệu thô (tốc độ sử dụng> 50%, 4,5kg nguyên liệu thô tạo ra 3,5kg Ingots), giảm chi phí.

Tỷ lệ lỗi con người thấp: Sự lắng đọng hơi hóa học tránh các tạp chất được giới thiệu bởi hoạt động của con người.