Quais são as dificuldades técnicas do forno de crescimento de cristais SiC

O forno de crescimento de cristais é o equipamento principal para o crescimento de cristais de carboneto de silício. É semelhante ao tradicional forno de crescimento de cristal de silício cristalino. A estrutura do forno não é muito complicada. É composto principalmente pelo corpo do forno, sistema de aquecimento, mecanismo de transmissão de bobinas, sistema de aquisição e medição de vácuo, sistema de caminho de gás, sistema de resfriamento, sistema de controle, etc. O campo térmico e as condições de processo determinam os indicadores -chave, como qualidade, tamanho e condutividade do cristal sic.

Por um lado, a temperatura durante o crescimento dos cristais de carboneto de silício é muito alta e não pode ser monitorada; portanto, a principal dificuldade está no próprio processo. As principais dificuldades são as seguintes:

(1) Dificuldade no controle do campo térmico: o monitoramento da câmara de alta temperatura fechada é difícil e incontrolável. Ao contrário do tradicional equipamentos de crescimento de cristais de pulverização direta baseados em soluções baseados em silício, que possui um alto grau de automação e o processo de crescimento de cristais pode ser observado, controlado e ajustado, os cristais de carboneto de silício crescem em um espaço fechado em um ambiente de alta temperatura acima de 2.000 ° C, e a temperatura de crescimento precisa ser controlada com precisão durante a produção, o que o controle de temperatura é difícil;

(2) Dificuldade no controle da forma cristalina: defeitos como micropipes, inclusões polimórficas e luxações são propensas a ocorrer durante o processo de crescimento, e elas afetam e evoluem entre si. Os micropipes (MPs) são defeitos do tipo através de alguns mícrons a dezenas de mícrons em tamanho e são defeitos assassinos para dispositivos. Os cristais únicos de carboneto de silício incluem mais de 200 formas de cristal diferentes, mas apenas algumas estruturas cristalinas (tipo 4H) são os materiais semicondutores necessários para a produção. A transformação da forma cristalina é propensa a ocorrer durante o crescimento, resultando em defeitos de inclusão polimórfica. Portanto, é necessário controlar com precisão parâmetros como a razão de silício-carbono, gradiente de temperatura de crescimento, taxa de crescimento de cristais e pressão de fluxo de ar. Além disso, há um gradiente de temperatura no campo térmico do crescimento de cristal único de carboneto de silício, o que leva ao estresse interno nativo e aos deslocamentos resultantes (deslocamento do plano basal BPD, deslocamento do parafuso TSD, deslocamento de arestas TED) durante o crescimento do cristal, afetando assim a qualidade e o desempenho da epitaxia subsequente e os desconfiados.

(3) Dificuldade no controle de doping: A introdução de impurezas externas deve ser estritamente controlada para obter um cristal condutor com estrutura dopada direcionalmente.

(4) Taxa de crescimento lento: A taxa de crescimento do carboneto de silício é muito lenta. Os materiais de silício convencionais precisam apenas de 3 dias para crescer em uma haste de cristal, enquanto as hastes de cristal de carboneto de silício precisam de 7 dias. Isso leva a eficiência naturalmente de produção de carboneto de silício e produção muito limitada.

Por outro lado, os parâmetros necessários para o crescimento epitaxial do carboneto de silício são extremamente altos, incluindo a estiragem do equipamento, a estabilidade da pressão do gás na câmara de reação, o controle preciso do tempo de introdução do gás, a precisão da razão de gás e o gerenciamento estrito da temperatura da deposição. Em particular, com a melhoria da classificação de tensão do dispositivo, a dificuldade de controlar os parâmetros principais da bolacha epitaxial aumentou significativamente. Além disso, à medida que a espessura da camada epitaxial aumenta, como controlar a uniformidade da resistividade e reduzir a densidade de defeitos, garantindo que a espessura tenha se tornado outro grande desafio. No sistema de controle eletrificado, é necessário integrar sensores e atuadores de alta precisão para garantir que vários parâmetros possam ser controlados com precisão e estágio. Ao mesmo tempo, a otimização do algoritmo de controle também é crucial. Ele precisa ser capaz de ajustar a estratégia de controle em tempo real, de acordo com o sinal de feedback para se adaptar a várias alterações no processo de crescimento epitaxial do carboneto de silício.

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