Cabaran Teknikal dalam Relau Pertumbuhan Kristal Silikon Karbida

Relau pertumbuhan kristal silikon karbida (SiC) adalah asas kepadawafer SiCpengeluaran. Sambil berkongsi persamaan dengan relau pertumbuhan kristal silikon tradisional, relau SiC menghadapi cabaran unik disebabkan oleh keadaan pertumbuhan melampau bahan dan mekanisme pembentukan kecacatan yang kompleks. Cabaran ini boleh dikategorikan secara meluas kepada dua bidang: pertumbuhan kristal dan pertumbuhan epitaxial.

Cabaran Pertumbuhan Kristal:

Pertumbuhan kristal SiC memerlukan kawalan tepat ke atas suhu tinggi, persekitaran tertutup, menjadikan pemantauan dan kawalan proses sangat sukar. Cabaran utama termasuk:

(1) Kawalan Medan Terma: Mengekalkan profil suhu yang stabil dan seragam dalam ruang suhu tinggi yang tertutup adalah penting namun amat mencabar. Tidak seperti proses pertumbuhan cair terkawal yang digunakan untuk silikon, pertumbuhan kristal SiC berlaku melebihi 2,000°C, menjadikan pemantauan dan pelarasan masa nyata hampir mustahil. Kawalan suhu yang tepat adalah penting untuk mencapai sifat kristal yang diingini.

(2) Politaip dan Kawalan Kecacatan: Proses pertumbuhan sangat terdedah kepada kecacatan seperti mikropaip (MP), kemasukan polytype dan kehelan, setiap satu menjejaskan kualiti kristal. Ahli Parlimen, kecacatan yang menembusi saiz beberapa mikron, amat memudaratkan prestasi peranti. SiC wujud dalam lebih 200 politaip, dengan hanya struktur 4H yang sesuai untuk aplikasi semikonduktor. Mengawal stoikiometri, kecerunan suhu, kadar pertumbuhan, dan dinamik aliran gas adalah penting untuk meminimumkan kemasukan politaip. Tambahan pula, kecerunan terma dalam ruang pertumbuhan boleh menyebabkan tekanan asli, yang membawa kepada pelbagai kehelan (kehelan satah basal (BPD), kehelan skru berbenang (TSD), kehelan tepi berbenang (TED)) yang memberi kesan kepada prestasi epitaksi dan peranti seterusnya.

(3) Kawalan Kekotoran: Mencapai profil doping yang tepat memerlukan kawalan yang teliti terhadap kekotoran luaran. Sebarang pencemaran yang tidak diingini boleh mengubah sifat elektrik kristal akhir dengan ketara.

(4) Kadar Pertumbuhan Perlahan: Pertumbuhan kristal SiC sememangnya perlahan berbanding silikon. Walaupun jongkong silikon boleh ditanam dalam masa 3 hari, SiC memerlukan 7 hari atau lebih, yang memberi kesan ketara kepada kecekapan dan pengeluaran pengeluaran.

Cabaran Pertumbuhan Epitaxial:

Pertumbuhan epitaxial SiC, penting untuk membentuk struktur peranti, memerlukan kawalan yang lebih ketat ke atas parameter proses:

Kawalan Ketepatan Tinggi:Ketahanan ruang, kestabilan tekanan, pemasaan dan komposisi penghantaran gas yang tepat, dan kawalan suhu yang ketat adalah penting untuk mencapai sifat lapisan epitaxial yang diingini. Permintaan ini menjadi lebih ketat dengan peningkatan keperluan voltan peranti.

Keseragaman dan Ketumpatan Kecacatan:Mengekalkan kerintangan seragam dan ketumpatan kecacatan yang rendah dalam lapisan epitaxial yang lebih tebal memberikan cabaran yang ketara.

Sistem Kawalan Lanjutan:Sistem kawalan elektromekanikal yang canggih dengan penderia dan penggerak ketepatan tinggi adalah penting untuk peraturan parameter yang tepat dan stabil. Algoritma kawalan lanjutan yang mampu pelarasan masa nyata berdasarkan maklum balas proses adalah penting untuk menavigasi kerumitan pertumbuhan epitaxial SiC.

Mengatasi halangan teknikal ini adalah penting untuk membuka kunci potensi penuh teknologi SiC. Kemajuan berterusan dalam reka bentuk relau, kawalan proses dan teknik pemantauan in-situ adalah penting untuk memacu penggunaan meluas bahan yang menjanjikan ini dalam elektronik berprestasi tinggi.**