จะบรรลุการเติบโตของคริสตัลคุณภาพสูงได้อย่างไร? - เตาหลอมการเจริญเติบโตของคริสตัล

1. หลักการพื้นฐานของเตาหลอมการเจริญเติบโตของคริสตัลซิลิกอนคาร์ไบด์คืออะไร?

หลักการทำงานของเตาหลอมการเจริญเติบโตของคริสตัลซิลิกอนคาร์ไบด์คือการระเหิดทางกายภาพ (PVT) วิธี PVT เป็นหนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับการเพิ่มผลึกเดี่ยว SIC ที่มีความบริสุทธิ์สูง ผ่านการควบคุมที่แม่นยำของสนามระบายความร้อนบรรยากาศและพารามิเตอร์การเจริญเติบโตเตาหลอมซิลิกอนคาร์ไบด์เตาหลอมสามารถทำงานได้อย่างเสถียรที่อุณหภูมิสูงผง sic.

1.1 หลักการทำงานของเตาหลอมการเจริญเติบโต

●วิธี PVT

แกนกลางของวิธี PVT คือการทำให้ผงซิลิกอนคาร์ไบด์อ่อนลงเป็นส่วนประกอบของก๊าซที่อุณหภูมิสูงและควบแน่นบนผลึกเมล็ดผ่านการส่งผ่านเฟสก๊าซเพื่อสร้างโครงสร้างผลึกเดี่ยว วิธีนี้มีข้อดีอย่างมีนัยสำคัญในการเตรียมผลึกขนาดใหญ่ที่มีความบริสุทธิ์สูง

●กระบวนการพื้นฐานของการเจริญเติบโตของคริสตัล

✔การระเหิด: ผง SIC ในเบ้าหลอมจะถูกทำให้อ่อนลงเป็นส่วนประกอบของก๊าซเช่น SI, C2 และ SIC2 ที่อุณหภูมิสูงสูงกว่า 2000 ℃

✔การขนส่ง: ภายใต้การกระทำของการไล่ระดับสีความร้อนส่วนประกอบก๊าซจะถูกส่งจากโซนอุณหภูมิสูง (โซนผง) ไปยังโซนอุณหภูมิต่ำ (พื้นผิวผลึกเมล็ด)

✔การตกผลึกการควบแน่น: ส่วนประกอบระเหยได้ตกตะกอนบนพื้นผิวผลึกเมล็ดและเติบโตไปตามทิศทางขัดแตะเพื่อสร้างผลึกเดี่ยว

1.2 หลักการเฉพาะของการเจริญเติบโตของคริสตัล

กระบวนการเจริญเติบโตของผลึกซิลิกอนคาร์ไบด์แบ่งออกเป็นสามขั้นตอนซึ่งเชื่อมโยงกันอย่างใกล้ชิดและส่งผลกระทบต่อคุณภาพสุดท้ายของคริสตัล

✔การระเหิดผง sic- ภายใต้สภาวะที่อุณหภูมิสูง SIC ของแข็ง (ซิลิกอนคาร์ไบด์) จะอ่อนลงเป็นก๊าซซิลิคอน (SI) และก๊าซคาร์บอน (C) และปฏิกิริยามีดังนี้:

sic (s) → si (g) + c (g)

และปฏิกิริยารองที่ซับซ้อนมากขึ้นเพื่อสร้างส่วนประกอบก๊าซระเหย (เช่น SIC2) อุณหภูมิสูงเป็นเงื่อนไขที่จำเป็นในการส่งเสริมปฏิกิริยาระเหิด

การขนส่งเฟสก๊าซ- ส่วนประกอบของก๊าซจะถูกขนส่งจากโซนระเหิดของเบ้าหลอมไปยังโซนเมล็ดภายใต้ไดรฟ์ของการไล่ระดับอุณหภูมิ ความเสถียรของการไหลของก๊าซกำหนดความสม่ำเสมอของการสะสม

✔การตกผลึกการควบแน่น- ที่อุณหภูมิต่ำกว่าส่วนประกอบก๊าซระเหยรวมกับพื้นผิวของผลึกเมล็ดเพื่อสร้างผลึกของแข็ง กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับกลไกที่ซับซ้อนของอุณหพลศาสตร์และการตกผลึก

1.3 พารามิเตอร์สำคัญสำหรับการเจริญเติบโตของคริสตัลซิลิกอนคาร์ไบด์

ผลึก SIC คุณภาพสูงต้องการการควบคุมที่แม่นยำของพารามิเตอร์ต่อไปนี้:

✔อุณหภูมิ- เขตการระเหิดจำเป็นต้องเก็บไว้สูงกว่า 2,000 ℃เพื่อให้แน่ใจว่าการสลายตัวของผงอย่างสมบูรณ์อุณหภูมิของโซนเมล็ดจะถูกควบคุมที่ 1600-1800 ℃เพื่อให้แน่ใจว่าอัตราการสะสมในระดับปานกลาง

✔ความดัน: การเติบโตของ PVT มักจะดำเนินการในสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันต่ำ 10-20 TORR เพื่อรักษาเสถียรภาพของการขนส่งเฟสก๊าซสูงมากหรือต่ำเกินไปความดันต่ำเกินไปจะนำไปสู่อัตราการเติบโตของคริสตัลที่เร็วเกินไปหรือเพิ่มข้อบกพร่อง

✔บรรยากาศ- ใช้อาร์กอนที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นก๊าซพาหะเพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนของสิ่งเจือปนในระหว่างกระบวนการทำปฏิกิริยาความบริสุทธิ์ของบรรยากาศมีความสำคัญต่อการปราบปรามของข้อบกพร่องของผลึก

✔เวลา- เวลาการเจริญเติบโตของคริสตัลมักจะใช้เวลาถึงสิบชั่วโมงเพื่อให้เกิดการเติบโตอย่างสม่ำเสมอและความหนาที่เหมาะสม

2. โครงสร้างของเตาหลอมการเจริญเติบโตของคริสตัลซิลิกอนคาร์ไบด์คืออะไร?

การเพิ่มประสิทธิภาพของโครงสร้างของเตาหลอมการเจริญเติบโตของคริสตัลซิลิกอนคาร์ไบด์ส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่ความร้อนอุณหภูมิสูงการควบคุมบรรยากาศการออกแบบสนามอุณหภูมิและระบบการตรวจสอบ

2.1 ส่วนประกอบหลักของเตาหลอมการเจริญเติบโต

● ระบบทำความร้อนอุณหภูมิสูง

✔ ความร้อนความต้านทาน: ใช้ลวดต้านทานอุณหภูมิสูง (เช่นโมลิบดีนัม, ทังสเตน) เพื่อให้พลังงานความร้อนโดยตรง ข้อได้เปรียบคือความแม่นยำในการควบคุมอุณหภูมิสูง แต่ชีวิตมี จำกัด ที่อุณหภูมิสูง

✔ การเหนี่ยวนำความร้อน: ความร้อนกระแสไหล่ถูกสร้างขึ้นในเบ้าหลอมผ่านขดลวดเหนี่ยวนำ มันมีข้อดีของประสิทธิภาพสูงและไม่ติดต่อ แต่ต้นทุนอุปกรณ์ค่อนข้างสูง

● สถานีเมล็ดพันธุ์แก่นและพื้นผิวกราไฟท์

✔เบ้าหลอมกราไฟท์ที่มีความบริสุทธิ์สูงช่วยให้มั่นใจได้ถึงความมั่นคงอุณหภูมิสูง

✔การออกแบบสถานีเมล็ดพันธุ์จะต้องคำนึงถึงทั้งความสม่ำเสมอของการไหลเวียนของอากาศและการนำความร้อน

● อุปกรณ์ควบคุมบรรยากาศ

✔ติดตั้งระบบส่งก๊าซที่มีความบริสุทธิ์สูงและวาล์วควบคุมแรงดันเพื่อให้แน่ใจว่าความบริสุทธิ์และความเสถียรของสภาพแวดล้อมการเกิดปฏิกิริยา

● การออกแบบความสม่ำเสมอของอุณหภูมิสนาม

✔โดยการเพิ่มประสิทธิภาพความหนาของผนังเบ้าหลอมการกระจายองค์ประกอบความร้อนและโครงสร้างโล่ความร้อนการกระจายตัวของสนามอุณหภูมิสม่ำเสมอจะช่วยลดผลกระทบของความเครียดจากความร้อนบนผลึก

2.2 สนามอุณหภูมิและการออกแบบการไล่ระดับความร้อน

✔ ความสำคัญของความสม่ำเสมอของสนามอุณหภูมิ- สนามอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอจะนำไปสู่อัตราการเติบโตและข้อบกพร่องที่แตกต่างกันภายในคริสตัล ความสม่ำเสมอของสนามอุณหภูมิสามารถปรับปรุงได้อย่างมากผ่านการออกแบบสมมาตรแบบวงแหวนและการเพิ่มประสิทธิภาพโล่ความร้อน

✔ การควบคุมการไล่ระดับสีความร้อนที่แม่นยำ- ปรับการกระจายพลังงานของเครื่องทำความร้อนและใช้โล่ความร้อนเพื่อแยกพื้นที่ต่าง ๆ เพื่อลดความแตกต่างของอุณหภูมิ เนื่องจากการไล่ระดับสีด้วยความร้อนมีผลกระทบโดยตรงต่อความหนาของคริสตัลและคุณภาพพื้นผิว

2.3 ระบบการตรวจสอบสำหรับกระบวนการเจริญเติบโตของคริสตัล

✔ การตรวจสอบอุณหภูมิ- ใช้เซ็นเซอร์อุณหภูมิใยแก้วนำแสงเพื่อตรวจสอบอุณหภูมิแบบเรียลไทม์ของโซนระเหิดและโซนเมล็ด ระบบตอบรับข้อมูลสามารถปรับกำลังความร้อนโดยอัตโนมัติ

✔ การตรวจสอบอัตราการเติบโต- ใช้อินเตอร์เฟอโรเมตรีเลเซอร์เพื่อวัดอัตราการเติบโตของพื้นผิวคริสตัล รวมข้อมูลการตรวจสอบเข้ากับอัลกอริทึมการสร้างแบบจำลองเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการแบบไดนามิก

3. ความยากลำบากทางเทคนิคของเตาหลอมการเจริญเติบโตของคริสตัลซิลิกอนคาร์ไบด์คืออะไร?

คอขวดทางเทคนิคของเตาหลอมการเจริญเติบโตของคริสตัลซิลิกอนคาร์ไบด์ส่วนใหญ่มีความเข้มข้นในวัสดุอุณหภูมิสูงการควบคุมสนามอุณหภูมิการปราบปรามข้อบกพร่องและการขยายขนาด

3.1 การเลือกและความท้าทายของวัสดุอุณหภูมิสูง

กราไฟท์ถูกออกซิไดซ์ได้อย่างง่ายดายที่อุณหภูมิสูงมากและการเคลือบ SICจำเป็นต้องเพิ่มเพื่อปรับปรุงความต้านทานออกซิเดชัน คุณภาพของการเคลือบโดยตรงส่งผลโดยตรงต่อชีวิตของเตาเผา

องค์ประกอบความร้อนและขีด จำกัด อุณหภูมิ สายความต้านทานอุณหภูมิสูงจำเป็นต้องมีความต้านทานต่อความเมื่อยล้าสูง อุปกรณ์ทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำจำเป็นต้องเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบการกระจายความร้อนของขดลวด

3.2 การควบคุมอุณหภูมิและสนามระบายความร้อนที่แม่นยำ

อิทธิพลของสนามระบายความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอจะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของความผิดพลาดและการเคลื่อนที่ของการซ้อน แบบจำลองการจำลองสนามความร้อนของเตาหลอมจำเป็นต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อตรวจจับปัญหาล่วงหน้า

ความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ตรวจสอบอุณหภูมิสูง เซ็นเซอร์อุณหภูมิสูงจำเป็นต้องทนต่อการแผ่รังสีและการกระแทกด้วยความร้อน

3.3 การควบคุมข้อบกพร่องของคริสตัล

การสแต็กความผิดพลาดการเคลื่อนที่และลูกผสม polymorphic เป็นประเภทข้อบกพร่องหลัก การเพิ่มประสิทธิภาพสนามความร้อนและบรรยากาศช่วยลดความหนาแน่นของข้อบกพร่อง

การควบคุมแหล่งที่มาของสิ่งเจือปน การใช้วัสดุที่มีความบริสุทธิ์สูงและการปิดผนึกของเตามีความสำคัญต่อการปราบปรามที่ไม่บริสุทธิ์

3.4 ความท้าทายของการเติบโตของคริสตัลขนาดใหญ่

ข้อกำหนดของความสม่ำเสมอของสนามความร้อนสำหรับการขยายขนาด เมื่อขนาดคริสตัลขยายจาก 4 นิ้วเป็น 8 นิ้วการออกแบบความสม่ำเสมอของสนามอุณหภูมิจะต้องได้รับการอัพเกรดอย่างเต็มที่

วิธีแก้ปัญหาการแตกและแปรปรวน ลดการเสียรูปของคริสตัลโดยการลดการไล่ระดับความร้อนด้วยความร้อน

4. วัตถุดิบสำหรับการปลูกคริสตัล SIC ที่มีคุณภาพสูงคืออะไร?

Vetek Semiconductor ได้พัฒนาวัตถุดิบผลึกเดี่ยว SIC ใหม่ -วัตถุดิบ CVD ที่บริสุทธิ์สูง- ผลิตภัณฑ์นี้เติมเต็มช่องว่างในประเทศและอยู่ในระดับผู้นำทั่วโลกและจะอยู่ในตำแหน่งผู้นำระยะยาวในการแข่งขัน วัตถุดิบซิลิกอนคาร์ไบด์แบบดั้งเดิมผลิตโดยปฏิกิริยาของซิลิกอนที่มีความบริสุทธิ์สูงและกราไฟท์ซึ่งมีต้นทุนสูงความบริสุทธิ์ต่ำและมีขนาดเล็ก

เทคโนโลยีเตียงฟลูอิไดซ์ของ Vetek Semiconductor ใช้ methyltrichlorosilane ในการสร้างวัตถุดิบซิลิกอนคาร์ไบด์ผ่านการสะสมไอสารเคมีและผลพลอยได้หลักคือกรดไฮโดรคลอริก กรดไฮโดรคลอริกสามารถสร้างเกลือได้โดยการทำให้เป็นกลางด้วยอัลคาไลและจะไม่ทำให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม 

ในเวลาเดียวกัน Methyltrichlorosilane เป็นก๊าซอุตสาหกรรมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่มีต้นทุนต่ำและแหล่งที่กว้างโดยเฉพาะอย่างยิ่งจีนเป็นผู้ผลิตหลักของ methyltrichlorosilane ดังนั้นความบริสุทธิ์สูงของ Vetek Semiconductorวัตถุดิบ CVD sicมีความสามารถในการแข่งขันระดับนานาชาติในแง่ของต้นทุนและคุณภาพความบริสุทธิ์ของวัตถุดิบ CVD ความบริสุทธิ์สูงสูงกว่า 99.9995%

✔ขนาดใหญ่และความหนาแน่นสูง- ขนาดอนุภาคเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 4-10 มม. และขนาดอนุภาคของวัตถุดิบ acheson ในประเทศคือ <2.5 มม. เบ้าหลอมปริมาตรเดียวกันสามารถเก็บวัตถุดิบได้มากกว่า 1.5 กิโลกรัมซึ่งเอื้อต่อการแก้ปัญหาการจัดหาวัสดุการเจริญเติบโตของผลึกขนาดใหญ่ไม่เพียงพอช่วยบรรเทากราฟวัตถุดิบลดการห่อคาร์บอนและปรับปรุงคุณภาพของคริสตัล

✔อัตราส่วน Si/C ต่ำ- มันอยู่ใกล้กับ 1: 1 มากกว่าวัตถุดิบ Acheson ของวิธีการแพร่กระจายด้วยตนเองซึ่งสามารถลดข้อบกพร่องที่เกิดจากการเพิ่มความดันบางส่วนของ SI

✔ค่าเอาต์พุตสูง- วัตถุดิบที่ปลูกยังคงรักษาต้นแบบลดการตกผลึกลดการตกผลึกลดการกราฟของวัตถุดิบลดข้อบกพร่องในการห่อคาร์บอนและปรับปรุงคุณภาพของผลึก

✔ความบริสุทธิ์ที่สูงขึ้น- ความบริสุทธิ์ของวัตถุดิบที่ผลิตโดยวิธี CVD สูงกว่าวัตถุดิบ Acheson ของวิธีการแพร่กระจายด้วยตนเอง ปริมาณไนโตรเจนได้ถึง 0.09ppm โดยไม่ต้องทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติม วัตถุดิบนี้ยังสามารถมีบทบาทสำคัญในสนามกึ่งฉูดฉาด

✔ต้นทุนที่ต่ำลง- อัตราการระเหยที่สม่ำเสมอช่วยอำนวยความสะดวกในกระบวนการและการควบคุมคุณภาพของผลิตภัณฑ์ในขณะที่การปรับปรุงอัตราการใช้วัตถุดิบ (อัตราการใช้ประโยชน์> 50%, วัตถุดิบ 4.5 กิโลกรัมผลิตแท่ง 3.5 กิโลกรัม) ลดต้นทุน

✔อัตราความผิดพลาดของมนุษย์ต่ำ- การสะสมไอสารเคมีหลีกเลี่ยงสิ่งสกปรกที่นำมาใช้โดยการดำเนินงานของมนุษย์