Bereidingsmethoden van SiC-enkelkristallen: Focus op PVT-methode

De belangrijkste bereidingsmethoden van siliciumcarbide (SiC)-enkelkristallen omvatten Physical Vapor Transport (PVT), Top Seeded Solution Growth (TSSG) en High-Temperature Chemical Vapor Deposition (HT-CVD).
Daaronder is de PVT-methode het meest wijdverspreid in industriële productie vanwege de eenvoudige apparatuur, het gemak van controle, de relatief lage kosten van apparatuur en de bedrijfskosten.

Belangrijkste technologieën bij PVT-groei van SiC-kristallen

Schematische weergave van PVT-groeistructuur

Belangrijke overwegingen voor het kweken van SiC-kristallen met behulp van de Physical Vapor Transport (PVT)-methode zijn:

Zuiverheid van grafietmaterialen in het thermische veld

Het onzuiverheidsgehalte in grafietonderdelen moet lager zijn dan 5×10⁻⁶, en het onzuiverheidsgehalte in isolatievilt moet lager zijn dan 10×10⁻⁶.

De concentraties van boor (B) en aluminium (Al) moeten minder zijn dan 0,1×10⁻⁶.

Correcte polariteitsselectie van zaadkristal

De C (0001) vlak is geschikt voor het kweken van 4H-SiC kristallen.

De Si (0001) vlak is geschikt voor het kweken van 6H-SiC kristallen.

Gebruik van off-axis zaadkristal

Off-axis zaden veranderen de groeisymmetrie en helpen de vorming van defecten in het kristal te verminderen.

Goede hechting van zaadkristal

Zorgt voor mechanische stabiliteit en uniformiteit tijdens het groeiproces.

Stabiele groei-interface tijdens het proces

Het handhaven van een stabiele vast-gas-interface is cruciaal voor de vorming van kristallen van hoge kwaliteit.

Kritische technologieën voor SiC-kristalgroei

Doteringstechnologie in SiC-poeder

Cerium (Ce) dotering in het bronpoeder bevordert stabiele groei van eenfasige 4H-SiC-kristallen.

Voordelen zijn onder meer een verhoogde groeisnelheid, verbeterde oriëntatiecontrole, verminderde onzuiverheden en defecten, en verbeterde eenfasige stabiliteit en kristalkwaliteit.

Het helpt ook achterste erosie te onderdrukken en de enkelkristalliniteit te verbeteren.

Controle van axiale en radiale thermische gradiënten

Axiale thermische gradiënt beïnvloedt de polytypestabiliteit en de groei-efficiëntie.

Lage gradiënten kunnen leiden tot ongewenste polytypen en verminderd materiaaltransport.

Juiste axiale en radiale gradiënten zorgen voor snelle groei en stabiele kristalkwaliteit.

Controle van basale vlakdislocatie (BPD)

BPD's worden veroorzaakt door afschuifspanning die de kritische afschuifspanning van SiC overschrijdt.

Deze defecten vormen zich tijdens de groei- en afkoelingsfasen als gevolg van activering van het glijsysteem.

Het verminderen van interne spanning minimaliseert de vorming van BPD's.

Controle van de samenstellingsverhouding van de gasfase

Een hogere koolstof-tot-siliciumverhouding in de gasfase helpt polytypeconversie te onderdrukken.

Het vermindert grote stapelbundeling, behoudt informatie over het groei-oppervlak en verbetert de polytypestabiliteit.

​

Controle van groei met lage spanning

Interne spanning leidt tot buiging van het rooster, scheuren van kristallen en een toename van BPD's, wat een negatieve invloed heeft op epitaxie en prestaties van apparaten.

Belangrijkste strategieën voor spanningsreductie zijn:

• Optimaliseren van thermisch veld en procesparameters om de evenwichtsgroei te benaderen.

• Het opnieuw ontwerpen van de smeltkroesstructuur om vrije kristaluitzetting mogelijk te maken.

• Het aanpassen van zaadbindingsmethoden, bijvoorbeeld door een 2 mm opening tussen het zaad en de grafiethouder te laten om rekening te houden met verschillen in thermische uitzetting.

• Controle van annealing na de groei, inclusief in-situ ovenkoeling en geoptimaliseerde annealingparameters om restspanning te verminderen.

Ontwikkelingstrends in SiC-kristalgroeitechnologie
 

In de toekomst zal de groei van hoogwaardige SiC-enkelkristallen zich in de volgende richtingen ontwikkelen:

Grotere wafergrootte

De diameter van SiC-wafers is gegroeid van een paar millimeter tot 6-inch, 8-inch, en zelfs 12-inch.

Grotere wafers verbeteren de productie-efficiëntie, verlagen de kosten en voldoen aan de eisen van hoogvermogenapparaten.

Hogere kwaliteit

Hoewel de SiC-kristalkwaliteit aanzienlijk is verbeterd, blijven defecten zoals micropijpen, dislocaties en onzuiverheden bestaan.

Het elimineren van deze defecten is cruciaal voor het waarborgen van de prestaties en betrouwbaarheid van apparaten.

Lagere kosten

De huidige hoge kosten van SiC-kristallen beperken hun wijdverbreide toepassing.

Kostenreducties kunnen worden bereikt door procesoptimalisatie, verbeterde efficiëntie en goedkopere grondstoffen.

Conclusie:

De groei van hoogwaardige SiC-enkelkristallen is een belangrijk gebied van onderzoek naar halfgeleidermaterialen. Met voortdurende technologische vooruitgang zullen SiC-kristalgroeitechnieken zich verder ontwikkelen, wat een solide basis legt voor de toepassing ervan in hoogtemperatuur-, hoogfrequente en hoogvermogenelektronica.

Onze producten：