Die hoofmetodes vir die kweek van silikonkarbied-enkelkristalle sluit in Fisiese Damptransport (PVT), Top-Seeded Solution Growth (TSSG), en Hoëtemperatuur Chemiese Dampneerslag (HT-CVD).

Onder hierdie het die PVT-metode die primêre tegniek vir industriële produksie geword as gevolg van die relatief eenvoudige toerustingopstelling, gemak van werking en beheer, en laer toerusting- en bedryfskoste.

---

Belangrike tegniese punte van SiC-kristalgroei met behulp van die PVT-metode

Om silikonkarbiedkristalle met die PVT-metode te kweek, moet verskeie tegniese aspekte noukeurig beheer word:

1. Suiwerheid van grafietmateriale in die termiese veld
   Die grafietmateriale wat in die termiese veld van kristalgroei gebruik word, moet aan streng suiwerheidsvereistes voldoen. Die onsuiwerheidsinhoud in grafietkomponente moet onder 5×10⁻⁶ wees, en vir isolasievilt onder 10×10⁻⁶. Spesifiek moet die inhoud van boor (B) en aluminium (Al) elk onder 0.1×10⁻⁶ wees.

2. Korrekte Polariteit van Saadkristal
   Empiriese data toon dat die C-vlak (0001) geskik is vir die groei van 4H-SiC-kristalle, terwyl die Si-vlak (0001) geskik is vir die groei van 6H-SiC.

3. Gebruik van Off-Axis Saadkristalle
   Saad buite die as kan die groeisimmetrie verander, kristaldefekte verminder en beter kristalkwaliteit bevorder.

4. Betroubare Saadkristalbindingstegniek
   Behoorlike binding tussen die saadkristal en die houer is noodsaaklik vir stabiliteit tydens groei.

5. Handhawing van stabiliteit van die groeikoppelvlak
   Gedurende die hele kristalgroeisiklus moet die groeivlak stabiel bly om hoëgehalte-kristalontwikkeling te verseker.

 

---

Kerntegnologieë in SiC-kristalgroei

1. Dopingtegnologie vir SiC-poeier

Dotering van SiC-poeier met serium (Ce) kan die groei van 'n enkele politipe soos 4H-SiC stabiliseer. Praktyk het getoon dat Ce-dotering kan:

• Verhoog die groeikoers van SiC-kristalle;

• Verbeter kristaloriëntasie vir meer eenvormige en gerigte groei;

• Verminder onsuiwerhede en defekte;

• Onderdruk agterkantkorrosie van die kristal;

• Verbeter die enkelkristalopbrengstempo.

2. Beheer van Aksiale en Radiale Termiese Gradiënte

Aksiale temperatuurgradiënte beïnvloed die kristalpolitipe en groeikoers. 'n Gradiënt wat te klein is, kan lei tot politipe-insluitsels en verminderde materiaalvervoer in die dampfase. Die optimalisering van beide aksiale en radiale gradiënte is van kritieke belang vir vinnige en stabiele kristalgroei met konsekwente kwaliteit.

3. Basale Vlak Ontwrigting (BPD) Beheer Tegnologie

BPD's vorm hoofsaaklik as gevolg van skuifspanning wat die kritieke drempel in SiC-kristalle oorskry, wat glystelsels aktiveer. Aangesien BPD's loodreg op die groeirigting is, ontstaan hulle tipies tydens kristalgroei en afkoeling. Die minimalisering van interne spanning kan BPD-digtheid aansienlik verminder.

4. Beheer van die verhouding tussen dampfase-samestelling

Die verhoging van die koolstof-tot-silikon-verhouding in die dampfase is 'n bewese metode om enkel-politipe-groei te bevorder. 'n Hoë C/Si-verhouding verminder makrostap-bondelvorming en behou oppervlak-erfenis van die saadkristal, wat die vorming van ongewenste politipes onderdruk.

5. Lae-spanning groeitegnieke

Spanning tydens kristalgroei kan lei tot geboë roostervlakke, krake en hoër BPD-digthede. Hierdie defekte kan oorgaan na epitaksiale lae en die toestel se werkverrigting negatief beïnvloed.

Verskeie strategieë om interne kristalspanning te verminder, sluit in:

• Aanpassing van termiese veldverspreiding en prosesparameters om groei na amper ewewig te bevorder;

• Optimalisering van kroesie-ontwerp om die kristal vrylik te laat groei sonder meganiese beperking;

• Verbetering van die saadhouerkonfigurasie om die termiese uitbreidingswanverhouding tussen die saad en grafiet tydens verhitting te verminder, dikwels deur 'n gaping van 2 mm tussen die saad en die houer te laat;

• Verfyning van gloeiprosesse, wat die kristal toelaat om saam met die oond af te koel, en die aanpassing van temperatuur en duur om interne spanning ten volle te verlig.

---

Tendense in SiC-kristalgroeitegnologie

1. Groter kristalgroottes
SiC-enkelkristaldiameters het toegeneem van net 'n paar millimeter tot 6-duim, 8-duim en selfs 12-duim-wafers. Groter wafers verhoog produksiedoeltreffendheid en verminder koste, terwyl hulle aan die eise van hoëkragtoesteltoepassings voldoen.

2. Hoër kristalgehalte
Hoëgehalte SiC-kristalle is noodsaaklik vir hoëprestasietoestelle. Ten spyte van beduidende verbeterings, toon huidige kristalle steeds defekte soos mikropype, ontwrigtings en onsuiwerhede, wat alles toestelprestasie en betroubaarheid kan verlaag.

3. Kostevermindering
SiC-kristalproduksie is steeds relatief duur, wat breër aanvaarding beperk. Die vermindering van koste deur geoptimaliseerde groeiprosesse, verhoogde produksiedoeltreffendheid en laer grondstofkoste is van kritieke belang vir die uitbreiding van marktoepassings.

4. Intelligente Vervaardiging
Met vooruitgang in kunsmatige intelligensie en grootdatategnologieë beweeg SiC-kristalgroei na intelligente, outomatiese prosesse. Sensors en beheerstelsels kan groeitoestande intyds monitor en aanpas, wat prosesstabiliteit en voorspelbaarheid verbeter. Data-analise kan prosesparameters en kristalkwaliteit verder optimaliseer.

Die ontwikkeling van hoëgehalte SiC enkelkristalgroeitegnologie is 'n belangrike fokus in halfgeleiermateriaalnavorsing. Soos tegnologie vorder, sal kristalgroeimetodes aanhou ontwikkel en verbeter, wat 'n stewige fondament bied vir SiC-toepassings in hoëtemperatuur-, hoëfrekwensie- en hoëkrag-elektroniese toestelle.