Quali sono le difficoltà tecniche della fornace di crescita cristallina SiC

La fornace di crescita cristallina è l'attrezzatura centrale per la crescita di cristalli in carburo di silicio. È simile alla tradizionale fornace di crescita cristallina cristallina di livello silicio. La struttura del forno non è molto complicata. È composto principalmente dal corpo del forno, dal sistema di riscaldamento, dal meccanismo di trasmissione della bobina, dal sistema di acquisizione e misurazione del vuoto, sistema di percorso del gas, sistema di raffreddamento, sistema di controllo, ecc. Le condizioni del campo termico e del processo determinano gli indicatori chiave come la qualità, la dimensione e la conduttività del cristallo SIC.

Da un lato, la temperatura durante la crescita dei cristalli di carburo di silicio è molto elevata e non può essere monitorata, quindi la difficoltà principale risiede nel processo stesso. Le principali difficoltà sono le seguenti:

(1) Difficoltà nel controllo del campo termico: il monitoraggio della camera ad alta temperatura chiusa è difficile e incontrollabile. A differenza delle tradizionali apparecchiature di crescita a cristallo diretto a base di soluzione a base di silicio, che ha un alto grado di automazione e il processo di crescita dei cristalli può essere osservato, controllato e regolato, i cristalli in carburo di silicio crescono in uno spazio chiuso in un ambiente ad alta temperatura superiore a 2.000 ° C e la temperatura di crescita deve essere controllata precisamente durante la produzione, che rende difficile il controllo della temperatura;

(2) Difficoltà nel controllo della forma cristallina: difetti come micropipe, inclusioni polimorfiche e lussazioni sono inclini a verificarsi durante il processo di crescita e colpiscono ed evolvono tra loro. I micropipes (MPS) sono difetti di tipo attraverso alcuni micron a decine di micron di dimensioni e sono difetti killer per i dispositivi. I cristalli singoli in carburo di silicio includono più di 200 diverse forme di cristallo, ma solo poche strutture di cristallo (tipo 4H) sono i materiali a semiconduttore necessari per la produzione. La trasformazione della forma cristallina è soggetta a verificarsi durante la crescita, con conseguente difetti di inclusione polimorfica. Pertanto, è necessario controllare con precisione parametri come il rapporto silicio-carbonio, il gradiente di temperatura di crescita, il tasso di crescita dei cristalli e la pressione del flusso d'aria. Inoltre, esiste un gradiente di temperatura nel campo termico della crescita a cristallo singolo in carburo di silicio, che porta a stress interno nativo e dislocazioni risultanti (dislocazione del piano basale BPD, dislocazione a vite, dislocazione del bordo TED) durante la crescita del cristallo, influenzando così la qualità e le prestazioni dell'epitassia e dei deformi successivi.

(3) Difficoltà nel controllo del doping: l'introduzione di impurità esterne deve essere rigorosamente controllata per ottenere un cristallo conduttivo con struttura drogata direttamente.

(4) Tasso di crescita lento: il tasso di crescita del carburo di silicio è molto lento. I materiali di silicio convenzionali necessitano solo di 3 giorni per crescere in un'asta di cristallo, mentre le aste di cristallo in carburo di silicio necessitano di 7 giorni. Ciò porta a una produzione di produzione in carburo di silicio naturalmente inferiore e una produzione molto limitata.

D'altra parte, i parametri necessari per la crescita epitassiale in carburo di silicio sono estremamente elevati, compresa la vigilanza dell'attrezzatura, la stabilità della pressione del gas nella camera di reazione, il controllo preciso del tempo di introduzione del gas, l'accuratezza del rapporto gas e la rigorosa gestione della temperatura di deposizione. In particolare, con il miglioramento della valutazione della tensione del dispositivo, la difficoltà di controllare i parametri di base del wafer epitassiale è aumentata in modo significativo. Inoltre, all'aumentare dello spessore dello strato epitassiale, come controllare l'uniformità della resistività e ridurre la densità del difetto garantendo allo stesso tempo che lo spessore sia diventato un'altra grande sfida. Nel sistema di controllo elettrificato, è necessario integrare sensori e attuatori ad alta precisione per garantire che vari parametri possano essere controllati con precisione e stabilmente. Allo stesso tempo, anche l'ottimizzazione dell'algoritmo di controllo è cruciale. Deve essere in grado di regolare la strategia di controllo in tempo reale in base al segnale di feedback per adattarsi a vari cambiamenti nel processo di crescita epitassiale in carburo di silicio.

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