Главните методи за одгледување на монокристали од силициум карбид вклучуваат физички транспорт на пареа (PVT), раст во раствор со горно сеење (TSSG) и хемиско таложење на пареа на висока температура (HT-CVD).

Меѓу нив, PVT методот стана примарна техника за индустриско производство поради неговата релативно едноставна поставеност на опремата, леснотијата на работа и контрола, како и пониските трошоци за опрема и работење.

---

Клучни технички точки на раст на кристали од SiC со користење на PVT методот

За одгледување кристали од силициум карбид со користење на PVT методот, мора внимателно да се контролираат неколку технички аспекти:

1. Чистота на графитни материјали во термичко поле
   Графитните материјали што се користат во термичкото поле за раст на кристали мора да ги исполнуваат строгите барања за чистота. Содржината на нечистотии во графитните компоненти треба да биде под 5×10⁻⁶, а за изолациските филцови под 10×10⁻⁶. Поточно, содржината на бор (B) и алуминиум (Al) мора да биде под 0,1×10⁻⁶.

2. Точен поларитет на семенскиот кристал
   Емпириските податоци покажуваат дека C-линија (0001) е погодна за одгледување на 4H-SiC кристали, додека Si-линија (0001) е соодветна за одгледување на 6H-SiC.

3. Употреба на кристали од семе надвор од оската
   Семето надвор од оската може да ја промени симетријата на растот, да ги намали дефектите на кристалите и да промовира подобар квалитет на кристалите.

4. Сигурна техника на поврзување на кристали од семе
   Правилното поврзување помеѓу кристалот на семето и држачот е од суштинско значење за стабилност за време на растот.

5. Одржување на стабилноста на интерфејсот за раст
   Во текот на целиот циклус на раст на кристалите, површината на раст мора да остане стабилна за да се обезбеди висококвалитетен развој на кристалите.

 

---

Основни технологии во растот на кристали од SiC

1. Технологија за допинг за SiC прав

Допирањето на SiC прашок со цериум (Ce) може да го стабилизира растот на еден политип како што е 4H-SiC. Праксата покажа дека допирањето со Ce може:

• Зголемување на стапката на раст на кристалите од SiC;

• Подобрување на ориентацијата на кристалите за порамномерен и насочен раст;

• Намалете ги нечистотиите и дефектите;

• Потиснување на задната корозија на кристалот;

• Зголемете ја стапката на принос на монокристал.

2. Контрола на аксијални и радијални термички градиенти

Аксијалните температурни градиенти влијаат на политипот на кристалот и стапката на раст. Премалиот градиент може да доведе до инклузии на политипот и намален транспорт на материјалот во парната фаза. Оптимизирањето и на аксијалните и на радијалните градиенти е клучно за брз и стабилен раст на кристалите со постојан квалитет.

3. Технологија за контрола на дислокација на базална рамнина (BPD)

БПД се формираат главно поради напрегање на смолкнување кое го надминува критичниот праг кај кристалите од SiC, активирајќи ги системите на лизгање. Бидејќи БПД се нормални на насоката на раст, тие обично се јавуваат за време на растот и ладењето на кристалите. Минимизирањето на внатрешниот стрес може значително да ја намали густината на БПД.

4. Контрола на односот на составот на фазите на пареа

Зголемувањето на односот јаглерод-силициум во парната фаза е докажан метод за промовирање на раст на еден политип. Високиот однос C/Si го намалува макростепеното групирање и го задржува површинското наследување од почетниот кристал, со што се потиснува формирањето на несакани политипови.

5. Техники за раст со низок стрес

Стресот за време на растот на кристалите може да доведе до закривени рамнини на решеткастата мрежа, пукнатини и повисоки густини на BPD. Овие дефекти можат да се пренесат во епитаксијалните слоеви и негативно да влијаат на перформансите на уредот.

Неколку стратегии за намалување на внатрешниот кристален стрес вклучуваат:

• Прилагодување на распределбата на термичкото поле и параметрите на процесот за да се промовира раст близу до рамнотежа;

• Оптимизирање на дизајнот на садот за да се овозможи кристалот слободно да расте без механичко ограничување;

• Подобрување на конфигурацијата на држачот на семето за да се намали несовпаѓањето на термичката експанзија помеѓу семето и графитот за време на загревањето, често со оставање на растојание од 2 mm помеѓу семето и држачот;

• Рафинирање на процесите на жарење, дозволување кристалот да се олади со печката и прилагодување на температурата и времетраењето за целосно ослободување на внатрешниот стрес.

---

Трендови во технологијата за раст на кристали од SiC

1. Поголеми кристални димензии
Дијаметарот на SiC монокристалите се зголеми од само неколку милиметри на плочки од 6 инчи, 8 инчи, па дури и 12 инчи. Поголемите плочки ја зголемуваат ефикасноста на производството и ги намалуваат трошоците, а воедно ги задоволуваат барањата на уредите со голема моќност.

2. Повисок квалитет на кристали
Висококвалитетните кристали од SiC се неопходни за уреди со високи перформанси. И покрај значителните подобрувања, сегашните кристали сè уште покажуваат дефекти како што се микроцевки, дислокации и нечистотии, што може да ги намали перформансите и сигурноста на уредот.

3. Намалување на трошоците
Производството на SiC кристали е сè уште релативно скапо, што го ограничува поширокото усвојување. Намалувањето на трошоците преку оптимизирани процеси на раст, зголемена ефикасност на производството и пониски трошоци за суровини е клучно за проширување на пазарните апликации.

4. Интелигентно производство
Со напредокот во вештачката интелигенција и технологиите за големи податоци, растот на кристалите од SiC се движи кон интелигентни, автоматизирани процеси. Сензорите и контролните системи можат да ги следат и прилагодуваат условите на раст во реално време, подобрувајќи ја стабилноста и предвидливоста на процесот. Анализата на податоците може дополнително да ги оптимизира параметрите на процесот и квалитетот на кристалите.

Развојот на висококвалитетна технологија за раст на монокристали од SiC е главен фокус во истражувањето на полупроводничките материјали. Со напредокот на технологијата, методите за раст на кристали ќе продолжат да се развиваат и подобруваат, обезбедувајќи солидна основа за апликации на SiC во електронски уреди со висока температура, висока фреквенција и висока моќност.