Vorbereitungsmethoden von SiC-Einkristallen: Fokus auf die PVT-Methode

Zu den wichtigsten Herstellungsmethoden von Einzelkristallen aus Siliziumcarbid (SiC) gehören physikalischer Dampftransport (PVT), Top Seeded Solution Growth (TSSG),und Hochtemperaturchemische Dampfdeposition (HT-CVD).
Unter anderem diePVT-Methodeist aufgrund seiner einfachen Ausrüstung, einfacher Steuerung, relativ geringen Ausrüstungskosten und Betriebskosten am weitesten in der industriellen Produktion eingesetzt.

Schlüsseltechnologien im PVT-Wachstum von SiC-Kristallen

Schematisches Diagramm der PVT-Wachstumsstruktur

Zu den wichtigsten Überlegungen für den Anbau von SiC-Kristallen mit der Physical Vapor Transport (PVT) -Methode gehören:

Reinheit von Graphitmaterialien im thermischen Feld

Der Verunreinigungsgehalt in Graphitteilen muss unter5 × 10-6, und der Verunreinigungsgehalt im Isolationsfilz sollte unter10 × 10-6.

Die Konzentrationen von Bor (B) und Aluminium (Al) müssen niedriger sein als0.1 × 10-6.

Richtige Polaritätswahl des Samenkristalls

DieC (0001)Das Gesicht eignet sich zum Wachsen.4H-SiCIch habe Kristalle.

DieSi (0001)Das Gesicht eignet sich zum Wachsen.6H-SiCIch habe Kristalle.

Verwendung von Samenkristallen außerhalb der Achse

Ausserhalb der Achse gelegene Samen verändern die Wachstums-Symmetrie und helfen, die Bildung von Defekten im Kristall zu verringern.

Gute Samenkristallbindung

Gewährleistet mechanische Stabilität und Gleichmäßigkeit während des Wachstumsprozesses.

Stabile Wachstumsoberfläche während des Prozesses

Die Aufrechterhaltung einer stabilen Feststoff-Gas-Schnittstelle ist für eine hochwertige Kristallbildung entscheidend.

Kritische Technologien für das Wachstum von SiC-Kristallen

Dopingtechnologie in SiC-Pulver

Cerium (Ce) Dopingin dem Quellpulver fördert das stabile Wachstum von 4H-SiC-Einphasenkristallen.

Zu den Vorteilen gehören eine erhöhte Wachstumsrate, eine verbesserte Orientierungskontrolle, reduzierte Verunreinigungen und Defekte sowie eine verbesserte Einphasenstabilität und Kristallqualität.

Es hilft auch, Rückseitenerosion zu unterdrücken und die Einzelkristallinität zu verbessern.

Steuerung der axialen und radialen thermischen Gradienten

Der axiale thermische Gradient beeinflusst die Stabilität des Polytyps und die Wachstumswirksamkeit.

Niedrige Steigungen können zu unerwünschten Polytypen und reduziertem Materialtransport führen.

Richtige axiale und radiale Verläufe sorgen für schnelles Wachstum und stabile Kristallqualität.

Kontrolle der Basalplane Dislokation (BPD)

BPDs werden durch Schießspannungen verursacht, die die kritische Schießspannung von SiC übersteigen.

Diese Defekte entstehen während der Wachstums- und Kühlphasen durch die Aktivierung des Rutschsystems.

Durch die Verringerung des internen Stresses wird die Bildung von BPD minimiert.

Steuerung der Gasphasenzusammensetzung

Einehöheres Kohlenstoff-Kernstoff-VerhältnisIn der Gasphase hilft die Polytypumwandlung zu unterdrücken.

Es reduziert große Schritt-Bunching, hält Wachstumsoberflächeninformationen aufrecht und verbessert die Stabilität von Polytypen.

- Ich weiß.

Wachstumskontrolle unter geringer Belastung

Interne Belastungen führen zu Gitterbiegen, Kristallcracking und erhöhter BPD, was sich negativ auf die Epitaxie und die Leistung des Geräts auswirkt.

Zu den wichtigsten Strategien zur Stressreduktion gehören:

• Optimierung der Wärmefeld- und ProzessparameterUm das Gleichgewichtswachstum zu erreichen.

• Neugestaltung der Schmelztiegelstrukturum die freie Kristall-Erweiterung zu ermöglichen.

• Anpassung der Pflanzenverbindungsmethoden, z.B. eineAbstand von 2 mmzwischen dem Saatgut und dem Graphithalter, um thermischen Expansionsunterschieden Rechnung zu tragen.

• Kontrolle der Aufheizung nach dem Wachstum, einschließlich der In-situ-Ofenkühlung und der optimierten Glühparameter zur Freisetzung von Restbelastungen.

Entwicklungstrends in der SiC-Kristallwachstumstechnologie
 

In Zukunft wird sich das Wachstum hochwertiger SiC-Einkristalle in folgenden Richtungen entwickeln:

Größere Wafergröße

Der SiC-Wafer-Durchmesser ist von wenigen Millimetern auf6 Zoll, 8 Zoll, und sogar12 Zoll.

Größere Wafer verbessern die Produktionseffizienz, senken die Kosten und erfüllen die Anforderungen an leistungsstarke Geräte.

Höhere Qualität

Während sich die Qualität des SiC-Kristalls deutlich verbessert hat, bestehen noch Defekte wie Mikropiobe, Verrutschungen und Verunreinigungen.

Die Beseitigung dieser Mängel ist von entscheidender Bedeutung, um die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit des Geräts zu gewährleisten.

Niedrigere Kosten

Die derzeit hohen Kosten für SiC-Kristalle begrenzen ihre weit verbreitete Einführung.

Kostenreduzierungen können durch Prozessoptimierung, verbesserte Effizienz und günstigere Rohstoffe erzielt werden.

Schlussfolgerung:

Das Wachstum hochwertiger SiC-Einzelkristalle ist ein Schlüsselbereich der Halbleitermaterialforschung.zur Schaffung einer soliden Grundlage für die Anwendung bei hohen Temperaturen, Hochfrequenz- und Hochleistungselektronik.

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