enkelkristallen van siliciumcarbideHet gebruik van SiC in de krachtelektronica begint met een materiaal dat vaak over het hoofd wordt gezien: het SiC-bronpoeder dat in de groeiende smeltkroes wordt geladen.

Bij fysiek damptransport, of PVT, wordt het bronpoeder tot een extreem hoge temperatuur verwarmd.Si-bevattende dampsoorten en koolstofbevattende soorten worden door de smeltkroes getransporteerd en op een SiC-zaadkristal afgezetHoewel de temperatuurverdeling, de druk, het ontwerp van de smeltkroes en de zaadkwaliteit allemaal van cruciaal belang zijn, hebben de kenmerken van het bronpoeder rechtstreeks invloed op de dampstabiliteit, de opname van onzuiverheden, de kwaliteit van de zaadcellen en de kwaliteit van de zaadcellen.groeisnelheid van de bol en bruikbare kristalopbrengst.

Om deze reden kan SiC-poeder van halfgeleiderkwaliteit niet alleen worden beoordeeld aan de hand van de zuiverheid.De samenstelling van het polytype en de consistentie van de partij moeten ook in aanmerking worden genomen..

Waarom SiC-poederkwaliteit van belang is bij PVT-groei

PVT-groei gebruikt meestal een grafietketel met hoog zuiver SiC-poeder.De bron sublimeert geleidelijk en genereert dampsoorten die zich naar het koelere zaadgebied verplaatsen..

Het bronpoeder verandert voortdurend tijdens dit proces:

• Fijne deeltjes kunnen snel sublimeren tijdens het vroege groeifase.
• Grotere deeltjes kunnen later actief blijven.
• Er kunnen leegtes en kanalen ontstaan in het poeder.
• Siliconerijke componenten kunnen anders worden verbruikt dan koolstofrijke componenten.
• Onzuiverheden kunnen verdampen, migreren of zich ophopen in verschillende gebieden.

Deze veranderingen beïnvloeden de Si/C dampverhouding en de stabiliteit van massavervoer.

Onderzoek naar PVT-bronoptimalisatie heeft aangetoond dat de dichtheid van de poederverpakking en de verdeling van de deeltjesgrootte zowel het gebruik van de bron als de processtabiliteit kunnen beïnvloeden.Een hoge verpakkingsdichtheid verhoogt de hoeveelheid bruikbaar grondmateriaal in een vast volume van de smeltkroes, terwijl een gecontroleerde deeltjesgrootteverdeling helpt bij het handhaven van een stabieler sublimatiegedrag tijdens de groei.

Begrip van de zuiverheidsniveaus van SiC-poeder

SiC-bronpoeder wordt vaak beschreven met zuiverheidsniveaus zoals 4N, 5N of 6N:

Het aantal negenen geeft echter niet voldoende informatie om een bron van kristalgroei te kiezen.

Twee poeders met dezelfde totale zuiverheid kunnen zich verschillend gedragen als de ene boor en aluminium bevat, terwijl de andere vooral minder elektrisch actieve verontreinigende stoffen bevat.Kopers moeten daarom een onzuiverheidsrapport aanvragen in plaats van alleen op een nominaal zuiverheidspercentage te vertrouwen..

De analyseresultaten kunnen eveneens afhangen van de testmethode en de detectiegrens.

Critische onzuiverheden in SiC-bronpoeder

Bor

Boron is een acceptorverontreiniging in SiC. Zelfs bij lage concentraties kan het de dragercompensatie en elektrische weerstand beïnvloeden.

De boronbeheersing is bijzonder belangrijk bij de productie van SiC met een hoge weerstand of semi-isolatie.De aanvaardbare concentratie is afhankelijk van de doelkristalenspecificatie en de relatie tussen boor, stikstof en alle opzettelijk ingevoerde diepgevoelige dopanten.

Nitrogeen

Stikstof fungeert als donor in SiC en wordt vaak geassocieerd met n-type geleidbaarheid.

Studies hebben aangetoond dat de stikstofconcentratie in gesynthetiseerd SiC-poeder kan worden beïnvloed door de poedersynthese temperatuur en argon druk.Het stikstof dat in de bron is opgenomen, moet derhalve worden beschouwd als onderdeel van de algemene strategie voor dopingcontrole., in plaats van alleen te worden behandeld als een externe gasvariabele.

Aluminium

Aluminium is een andere accepterende onzuiverheid die via grondstoffen, poederverwerkingsapparatuur of verontreinigde ovendelementen de bron kan binnendringen.

Voor n-type materiaal kan overmatig aluminium de donordragers compenseren en de weerstandscontrole moeilijker maken.ongecontroleerd aluminium kan de beoogde compensatiebalans verstoren.

IJzer en andere overgangsmetalen

IJzer, titanium, vanadium, chroom, nikkel en andere metalen kunnen elektrisch actieve energieniveaus introduceren of de optische en elektrische uniformiteit beïnvloeden.

Sommige elementen, zoals vanadium, kunnen opzettelijk worden toegevoegd bij de productie van bepaalde semi-isolatieve kristallen.Doelbewust dopen vereist veel strengere concentratie en controle van de uniformiteit dan toevallige besmetting.

Zuurstof

Zuurstof kan afkomstig zijn van oppervlakte-oxydatie, grondstoffen, opslagomstandigheden of omgevingen voor de behandeling van poeder.oxideverbindingen of verontreiniging die tijdens de poedersynthese wordt ingevoerd.

Aangezien poeder een groot totale oppervlak heeft, kan fijn materiaal bijzonder gevoelig zijn voor oxidatie en blootstelling aan vocht.

Vrij silicium en vrij koolstof

Een poeder kan een hoge nominale SiC-zuiverheid hebben terwijl het nog steeds ongewenste vrije silicium of vrije koolstof bevat.

Deze fasen beïnvloeden de effectieve Si/C-verhouding van de bron en kunnen het sublimatiegedrag ervan veranderen.het halfgeleiderkristalgroeipoeder moet worden getest op fase-samenstelling, niet alleen op sporen van metalen onzuiverheden.

Onderzoek naar SiC-zuivering heeft aangetoond dat poeders met een hoog gehalte aan vrije Si, vrije C,zuurstof en metaalverontreinigende stoffen kunnen problemen veroorzaken wanneer ze rechtstreeks worden gebruikt voor de groei van eenkristallen van halfgeleiders.

Hoe de grootte van de deeltjes de PVT-groei beïnvloedt

De grootte van de deeltjes beïnvloedt de verpakking van de bron, de beschikbare oppervlakte, de gasstroom en de snelheid waarmee de bron zich tijdens de groei ontwikkelt.

Commerciële SiC-poeders die worden gebruikt voor de groei van grote kristallen kunnen deeltjesgroottes hebben die variëren van tientallen tot enkele honderden micrometers.maar er is geen enkele deeltjesgrootte die optimaal is voor elke PVT reactorDe correcte verdeling is afhankelijk van de geometrie van de smeltkroes, het warmteveld, de groeiduur en de doelbol afmetingen.Een recent overzicht beschrijft commerciële SiC-groeipoeders met een typische gemiddelde deeltjesdiameter van ongeveer 50 ‰ 500 μm..

Te fijn poeder

Te fijn poeder kan:

• Sublime snel tijdens de eerste groeifase;
• hebben een groter oppervlak dat blootgesteld is aan zuurstof en vocht;
• Vormt een dichte bovenste laag of lokale bronkorst;
• Verhogen van de gevoeligheid voor het omgaan met verontreiniging;
• Verander de gasstroomweerstand in het poederbed.

Te ruw poeder

Te ruw poeder kan:

• een lagere verpakkingsdichtheid;
• Laat grote gaten achter in de bronlading;
• Verminder het effectieve sublimatiegebied;
• Het creëren van ongelijke lokale gasstroompaden;
• Laat na de groei een grotere hoeveelheid niet-verbruikte bron achter.

Brede versus smalle verdeling

Een brede deeltjesgrootteverdeling kan de verpakking verbeteren omdat fijne deeltjes de spaties tussen grove deeltjes vullen.

Een nauwere verdeling kan het gedrag van de bron voorspelbaarder maken, op voorwaarde dat het geselecteerde groottebereik voldoende verpakkingsdichtheid en stoomtoevoer oplevert.

Bij de selectie van de deeltjesgrootte moeten daarom vier doelstellingen in evenwicht worden gebracht:

1. Hoog bronbelasting per smeltkroes;
2. Stabiele stoomopwekking;
3. gecontroleerde gaspermeabiliteit;
4. Hoge bronbenutting aan het einde van de run.

Verpakkingsdichtheid en gebruik van de bron

De verpakkingsdichtheid bepaalt hoeveel poeder in een bepaald volume kan worden geladen.Een hogere belasting kan langere groeiperiodes of grotere bolletjes ondersteunen zonder de externe smeltkroes afmetingen te veranderen.

De maximale dichtheid is echter niet automatisch de beste procesomstandigheden. Het poederbed moet voldoende porositeit behouden voor het transport van stoom.de bron kan lokale kanalen en regio's met verschillende sublimatiepercentages ontwikkelen.

Belangrijke laadparameters zijn:

• massa van poeder;
• Bulkdichtheid;
• Geclaimde dichtheid;
• Vullingshoogte;
• laadprocedure;
• Compressie methode;
• Partikelgrootte tijdens het vullen.

Voor herhaalbare productie moeten deze parameters worden geregistreerd als onderdeel van het groeirecept.

Polytype en fase samenstelling

Het commerciële bronpoeder kan verschillende SiC-polytypen bevatten, waaronder 3C-, 4H- en 6H-fasen.omdat de georiënteerde zaaiing en de groeiomstandigheden een belangrijke rol spelen.

Toch kan de fase-samenstelling de sublimatie-eigenschappen van de bron beïnvloeden.Gezuiverd bèta-SiC-poeder is onderzocht als uitgangsmateriaal vanwege zijn sublimatiegedrag en potentieel om groei te ondersteunen onder gewijzigde temperatuuromstandigheden.

Röntgendiffractie is daarom nuttig voor het bevestigen van de fase-samenstelling van elke partij bronpoeder.

Hoe de poederkwaliteit de PVT-opbrengst beïnvloedt

De PVT-opbrengst mag niet alleen worden gemeten aan de hand van de totale lengte of het gewicht van de gegroeide bol.

• Stabiele boldiameter;
• b. met een vermogen van meer dan 50 W;
• Stabiliteit van het poly-type;
• lage defectdichtheid;
• de weerstandsuniformiteit;
• een uniformiteit van het dopant;
• Verminderd randverlies;
• hoeveelheid resterende bron;
• Aantal verkregen primaire wafers.

Een poeder dat de aanvankelijke groeisnelheid verhoogt, maar later onstabiele dampomstandigheden veroorzaakt, kan de totale bruikbare opbrengst verminderen.

Evenzo kan een zeer zuiver poeder nog steeds een slechte prestatie hebben als de deeltjesverdeling een lage verpakkingsdichtheid of een snelle evolutie van de bron veroorzaakt.Het beste poeder is het poeder dat gedurende de volledige groeicyclus herhaaldelijk massavervoer biedt..

Aanbevolen inspectiemethoden

Een compleet plan voor inkomende inspecties kan de volgende elementen omvatten:

In de specificatie moet de bemonsteringsprocedure worden vermeld, aangezien een klein monster mogelijk geen grote poederpartij is, vooral als deeltjes zijn gescheiden.

Behoeften aan opslag en behandeling

Een hoog zuiver SiC-poeder kan na de productie verontreinigd raken door contact met gewone metaalgereedschappen, open werkplaatslucht of ongeschikte verpakking.

Tot de aanbevolen controles behoren:

• Gesloten, schone verpakking;
• partijidentificatie en volledige traceerbaarheid;
• opslag bij lage luchtvochtigheid;
• Speciale niet-verontreinigende manipulatietools;
• gecontroleerde overbrengings- en weeggebieden;
• Minimale blootstelling aan omgevingslucht;
• afzonderlijke behandeling van gedopeerde en niet-gedopeerde poeders;
• Gedocumenteerde procedures voor het reinigen van de container.

Het poeder dient ook voorzichtig te worden behandeld om afsplitsing door de grootte van de deeltjes te voorkomen.

Informatie die in een RFQ moet worden opgenomen

Bij aanvraag van hoogzuiver SiC-poeder voor PVT-groei, vermelden:

• Voorgenomen toepassing: 4H-SiC, 6H-SiC, geleidende of semi-isolatieve kristallengroei;
• vereiste nominale zuiverheid;
• Individuele onzuiverheidsgrenswaarden;
• Nitrogeen- en boorvereisten;
• Vrije silicium, vrije koolstof en zuurstof limieten;
• deeltjesgrootte en -verdeling;
• SiC-fase of poly-type samenstelling;
• Bulk en getapte dichtheid;
• Vereiste hoeveelheid poeder;
• Verpakkingsgrootte en verpakkingsmateriaal;
• Analysemethoden en detectiegrenzen;
• Certificaat van de vereisten inzake analyses;
• Vaststelling van de consistentie en traceerbaarheid van partijen.

Indien mogelijk moet het poeder worden gekwalificeerd door middel van een gecontroleerde groeiproef.maar de werkelijke PVT-prestaties blijven de meest directe manier om de bronstabiliteit en de bruikbare kristalopbrengst te evalueren.

Conclusies

Het hoogzuivere SiC-poeder is een ingenieursmateriaal, geen eenvoudig verbruiksmiddel.fase samenstelling en de behandeling geschiedenis samen bepalen hoe het zich gedraagt in een PVT oven.

Voor een stabiele productie van SiC-bolletjes moeten fabrikanten verder kijken dan het aantal negenen in de zuiverheidsspecificatie.voorspelbare bronontwikkeling, consistente elektrische eigenschappen en een hoge bruikbare opbrengst in herhaalde groeiperiodes.