Những thách thức của lò tăng trưởng tinh thể cacbua silicon

CácLò tăng trưởng tinh thểlà thiết bị cốt lõi để phát triển các tinh thể cacbua silicon, chia sẻ sự tương đồng với các lò tăng trưởng tinh thể silicon truyền thống. Cấu trúc lò không quá phức tạp, chủ yếu bao gồm thân máy, hệ thống sưởi, cơ chế truyền động cuộn dây, hệ thống đo lường và thu hút chân không, hệ thống cung cấp khí, hệ thống làm mát và hệ thống điều khiển. Trường nhiệt và điều kiện xử lý trong lò xác định các thông số quan trọng như chất lượng, kích thước và độ dẫn điện của các tinh thể cacbua silicon.

Một mặt, nhiệt độ trong quá trình tăng trưởng tinh thể cacbua silicon là cực kỳ cao và không thể được theo dõi trong thời gian thực, vì vậy những thách thức chính nằm trong quá trình này.Những thách thức chính như sau:

(1) Khó khăn trong kiểm soát trường nhiệt: Giám sát trong một buồng nhiệt độ cao kín là đầy thách thức và không thể kiểm soát được. Không giống như các thiết bị tăng trưởng tinh thể kéo trực tiếp dựa trên giải pháp dựa trên silicon, có mức độ tự động hóa cao và cho phép các quá trình tăng trưởng có thể quan sát được và có thể điều chỉnh, các tinh thể cacbua silicon phát triển trong môi trường nhiệt độ cao được niêm phong trên 2.000 ° C và cần kiểm soát nhiệt độ chính xác trong quá trình sản xuất, điều khiển nhiệt độ rất khó khăn;

(2) Những thách thức kiểm soát cấu trúc tinh thể: Quá trình tăng trưởng dễ bị các khiếm khuyết như microtubes, bao gồm đa hình và trật khớp, tương tác và phát triển với nhau.

Các microtubes (MP) là các khiếm khuyết thông qua loại có kích thước từ một số micromet đến hàng chục micromet và được coi là khuyết tật giết người đối với các thiết bị; Các tinh thể đơn cacbua silicon bao gồm hơn 200 cấu trúc tinh thể khác nhau, nhưng chỉ có một vài cấu trúc tinh thể (loại 4H) phù hợp như vật liệu bán dẫn để sản xuất. Biến đổi cấu trúc tinh thể trong quá trình tăng trưởng có thể dẫn đến các khiếm khuyết tạp chất đa hình, do đó, kiểm soát chính xác tỷ lệ silicon-carbon, độ dốc nhiệt độ tăng trưởng, tốc độ tăng trưởng tinh thể và các thông số dòng khí/áp suất là cần thiết;

Ngoài ra, độ dốc nhiệt độ trong trường nhiệt trong quá trình tăng trưởng tinh thể đơn cacbua silicon dẫn đến các ứng suất bên trong chính và các khiếm khuyết gây ra như sai lệch (trật khớp mặt phẳng cơ bản BPD, twr tsd, tsd và các thiết bị bị trật khớp.

(3) Khó khăn trong kiểm soát doping: Tạp chất bên ngoài phải được kiểm soát nghiêm ngặt để có được các tinh thể dẫn điện pha tạp theo hướng;

(4) Tốc độ tăng trưởng chậm: Tốc độ tăng trưởng tinh thể của cacbua silicon cực kỳ chậm. Trong khi các vật liệu silicon truyền thống có thể tạo thành một thanh tinh thể chỉ trong 3 ngày, các thanh tinh thể cacbua silicon cần 7 ngày, dẫn đến hiệu quả sản xuất vốn có thấp hơn và sản lượng hạn chế nghiêm trọng.

Mặt khác, các tham số choSilicon cacbua phát triển epitaxialcực kỳ nghiêm ngặt, bao gồm hiệu suất niêm phong thiết bị, ổn định áp suất của buồng phản ứng, kiểm soát chính xác thời gian giới thiệu khí, tỷ lệ khí chính xác và quản lý nghiêm ngặt nhiệt độ lắng đọng. Đặc biệt là khi xếp hạng điện áp thiết bị tăng lên, khó khăn trong việc kiểm soát các tham số wafer epiticular lõi tăng đáng kể. Ngoài ra, khi độ dày của lớp epiticular tăng lên, đảm bảo điện trở suất đồng đều trong khi duy trì độ dày và giảm mật độ khiếm khuyết đã trở thành một thách thức lớn khác.

Trong hệ thống điều khiển điện, cần có sự tích hợp chính xác cao của các cảm biến và bộ truyền động để đảm bảo rằng tất cả các tham số được quy định chính xác và ổn định. Tối ưu hóa các thuật toán kiểm soát cũng rất quan trọng, vì chúng phải có khả năng điều chỉnh các chiến lược kiểm soát trong thời gian thực dựa trên các tín hiệu phản hồi để thích ứng với các thay đổi khác nhau trong quá trình tăng trưởng epiticular carbide silicon.

Những thách thức chính trong sản xuất chất nền SIC:

Từ phía cung, choLò phát triển tinh thể sic, do các yếu tố như chu kỳ chứng nhận thiết bị dài, chi phí cao liên quan đến việc chuyển đổi nhà cung cấp và rủi ro ổn định, các nhà cung cấp trong nước vẫn chưa cung cấp thiết bị cho các nhà sản xuất SIC chính thống quốc tế. Trong số đó, các nhà sản xuất cacbua silicon hàng đầu quốc tế như Wolfspeed, Coherent và ROHM chủ yếu sử dụng các thiết bị tăng trưởng tinh thể được phát triển và sản xuất trong nhà, trong khi các nhà sản xuất chất nền carbide silicon chính thống quốc tế khác chủ yếu mua thiết bị tăng trưởng tinh thể từ PVA Tepla và Nhật Bản Nissin Kikai Co.