¿Cuáles son las dificultades técnicas del horno de crecimiento de cristal sic?

El horno de crecimiento cristalino es el equipo central para el crecimiento de cristales de carburo de silicio. Es similar al horno tradicional de crecimiento cristalino cristalino de grado de silicio. La estructura del horno no es muy complicada. Se compone principalmente del cuerpo del horno, el sistema de calefacción, el mecanismo de transmisión de la bobina, el sistema de adquisición y medición del vacío, el sistema de ruta de gas, el sistema de enfriamiento, el sistema de control, etc. El campo térmico y las condiciones de proceso determinan los indicadores clave como la calidad, el tamaño y la conductividad del cristal SIC.

Por un lado, la temperatura durante el crecimiento de los cristales de carburo de silicio es muy alta y no puede ser monitoreada, por lo que la principal dificultad radica en el proceso en sí. Las principales dificultades son las siguientes:

(1) Dificultad en el control del campo térmico: el monitoreo de la cámara de alta temperatura cerrada es difícil e incontrolable. A diferencia del equipo tradicional de crecimiento de cristal directo basado en silicio, que tiene un alto grado de automatización y el proceso de crecimiento de cristales se puede observar, controlar y ajustar los cristales de carburo de silicio crecen en un espacio cerrado en un entorno de alta temperatura por encima de 2,000 ° C, y la temperatura de crecimiento debe controlarse precisamente durante la producción, lo que dificulta el control de la temperatura;

(2) Dificultad en el control de la forma cristalina: los defectos como las micropipas, las inclusiones polimórficas y las dislocaciones son propensas a ocurrir durante el proceso de crecimiento, y afectan y evolucionan entre sí. Las micropipas (MP) son defectos de tipo a través de un tamaño de unas pocas micras hasta decenas de micras, y son defectos asesinos para dispositivos. Los cristales individuales de carburo de silicio incluyen más de 200 formas de cristal diferentes, pero solo unas pocas estructuras de cristal (tipo 4 h) son los materiales semiconductores necesarios para la producción. La transformación de la forma cristalina es propensa a ocurrir durante el crecimiento, lo que resulta en defectos de inclusión polimórfica. Por lo tanto, es necesario controlar con precisión los parámetros, como la relación silicio-carbono, el gradiente de temperatura de crecimiento, la tasa de crecimiento de cristales y la presión del flujo de aire. Además, hay un gradiente de temperatura en el campo térmico del crecimiento de un solo cristal de carburo de silicio, que conduce al estrés interno nativo y a las dislocaciones resultantes (BPD de dislocación del plano basal, TSD de dislocación de tornillos, dislocación de borde) durante el crecimiento de los cristales, lo que afecta la calidad y el rendimiento de la epitaxia subsiguiente y los dispositivos.

(3) Dificultad para el control de dopaje: la introducción de impurezas externas debe controlarse estrictamente para obtener un cristal conductor con una estructura dopada direccional.

(4) Tasa de crecimiento lenta: la tasa de crecimiento del carburo de silicio es muy lenta. Los materiales de silicio convencionales solo necesitan 3 días para crecer en una varilla de cristal, mientras que las varillas de cristal de carburo de silicio necesitan 7 días. Esto conduce a una eficiencia de producción de carburo de silicio naturalmente más baja y una producción muy limitada.

Por otro lado, los parámetros necesarios para el crecimiento epitaxial de carburo de silicio son extremadamente altos, incluida la atracción del equipo, la estabilidad de la presión de gas en la cámara de reacción, el control preciso del tiempo de introducción de gas, la precisión de la relación de gas y el manejo estricto de la temperatura de deposición. En particular, con la mejora de la clasificación de voltaje del dispositivo, la dificultad de controlar los parámetros centrales de la oblea epitaxial ha aumentado significativamente. Además, a medida que aumenta el grosor de la capa epitaxial, cómo controlar la uniformidad de la resistividad y reducir la densidad de defectos al tiempo que garantiza que el grosor se haya convertido en otro desafío importante. En el sistema de control electrificado, es necesario integrar sensores y actuadores de alta precisión para garantizar que varios parámetros puedan controlarse de manera precisa y estable. Al mismo tiempo, la optimización del algoritmo de control también es crucial. Debe poder ajustar la estrategia de control en tiempo real de acuerdo con la señal de retroalimentación para adaptarse a varios cambios en el proceso de crecimiento epitaxial de carburo de silicio.

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