उच्च-गुणवत्तेच्या सिलिकॉन कार्बाइड सिंगल क्रिस्टल तयारीसाठी प्रमुख बाबी

सिलिकॉन सिंगल क्रिस्टल तयार करण्याच्या मुख्य पद्धतींमध्ये हे समाविष्ट आहे: भौतिक वाष्प वाहतूक (PVT), टॉप-सीडेड सोल्युशन ग्रोथ (TSSG), आणि उच्च-तापमान रासायनिक वाष्प निक्षेपण (HT-CVD). यापैकी, साधी उपकरणे, नियंत्रणाची सोय आणि कमी उपकरणे आणि ऑपरेशनल खर्च यामुळे औद्योगिक उत्पादनात PVT पद्धत मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाते.

सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल्सच्या पीव्हीटी वाढीसाठी महत्त्वाचे तांत्रिक मुद्दे

फिजिकल व्हेपर ट्रान्सपोर्ट (PVT) पद्धतीने सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल्स वाढवताना, खालील तांत्रिक बाबींचा विचार केला पाहिजे:

1. ग्रोथ चेंबरमधील ग्रेफाइट मटेरियलची शुद्धता: ग्रेफाइट घटकांमधील अशुद्धतेचे प्रमाण 5×10⁻⁶ पेक्षा कमी असले पाहिजे, तर इन्सुलेशन फेल्टमधील अशुद्धतेचे प्रमाण 10×10⁻⁶ पेक्षा कमी असले पाहिजे. B आणि Al सारखे घटक 0.1×10⁻⁶ पेक्षा कमी ठेवले पाहिजेत.
2. योग्य बीज स्फटिक ध्रुवीयता निवड: अनुभवजन्य अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की C (0001) चेहरा 4H-SiC क्रिस्टल्स वाढवण्यासाठी योग्य आहे, तर Si (0001) चेहरा 6H-SiC क्रिस्टल्स वाढवण्यासाठी वापरला जातो.
3. ऑफ-अ‍ॅक्सिस सीड क्रिस्टल्सचा वापर: ऑफ-अ‍ॅक्सिस सीड क्रिस्टल्स क्रिस्टल वाढीची सममिती बदलू शकतात, ज्यामुळे क्रिस्टलमधील दोष कमी होतात.
4. उच्च-गुणवत्तेची बियाणे क्रिस्टल बाँडिंग प्रक्रिया.
5. ग्रोथ सायकल दरम्यान क्रिस्टल ग्रोथ इंटरफेसची स्थिरता राखणे.

सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल वाढीसाठी प्रमुख तंत्रज्ञान

1. सिलिकॉन कार्बाइड पावडरसाठी डोपिंग तंत्रज्ञान
   सिलिकॉन कार्बाइड पावडरमध्ये योग्य प्रमाणात Ce मिसळल्याने 4H-SiC सिंगल क्रिस्टल्सची वाढ स्थिर होऊ शकते. व्यावहारिक परिणाम दर्शवितात की Ce डोपिंग हे करू शकते:

• सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल्सचा वाढीचा दर वाढवा.
• क्रिस्टल वाढीचे दिशानिर्देश नियंत्रित करा, ते अधिक एकसमान आणि नियमित बनवा.
• अशुद्धता निर्मिती रोखणे, दोष कमी करणे आणि सिंगल-क्रिस्टल आणि उच्च-गुणवत्तेच्या क्रिस्टल्सचे उत्पादन सुलभ करणे.
• क्रिस्टलच्या मागील बाजूच्या गंजला प्रतिबंधित करा आणि सिंगल-क्रिस्टल उत्पन्न सुधारा.

• अक्षीय आणि रेडियल तापमान ग्रेडियंट नियंत्रण तंत्रज्ञान
  अक्षीय तापमान ग्रेडियंट प्रामुख्याने क्रिस्टल वाढीचा प्रकार आणि कार्यक्षमता प्रभावित करते. खूप कमी तापमान ग्रेडियंटमुळे पॉलीक्रिस्टलाइन निर्मिती होऊ शकते आणि वाढीचा दर कमी होऊ शकतो. योग्य अक्षीय आणि रेडियल तापमान ग्रेडियंट स्थिर क्रिस्टल गुणवत्ता राखताना जलद SiC क्रिस्टल वाढ सुलभ करतात.
• बेसल प्लेन डिसलोकेशन (बीपीडी) नियंत्रण तंत्रज्ञान
  जेव्हा क्रिस्टलमधील कातरण्याचा ताण SiC च्या गंभीर कातरण्याच्या ताणापेक्षा जास्त असतो, तेव्हा BPD दोष प्रामुख्याने उद्भवतात, ज्यामुळे स्लिप सिस्टम सक्रिय होतात. BPD क्रिस्टलच्या वाढीच्या दिशेला लंब असल्याने, ते प्रामुख्याने क्रिस्टलच्या वाढीदरम्यान आणि थंड होण्याच्या दरम्यान तयार होतात.
• वाष्प टप्प्यातील रचना प्रमाण समायोजन तंत्रज्ञान
  वाढीच्या वातावरणात कार्बन-ते-सिलिकॉन गुणोत्तर वाढवणे हे एकल-क्रिस्टल वाढ स्थिर करण्यासाठी एक प्रभावी उपाय आहे. उच्च कार्बन-ते-सिलिकॉन गुणोत्तर मोठ्या पायऱ्यांचे गुच्छ कमी करते, बियाणे क्रिस्टल पृष्ठभागाच्या वाढीची माहिती जतन करते आणि पॉलीटाइप निर्मिती दडपते.
• कमी ताण नियंत्रण तंत्रज्ञान
  क्रिस्टलच्या वाढीदरम्यान ताणामुळे क्रिस्टल प्लेन वाकतात, ज्यामुळे क्रिस्टलची गुणवत्ता खराब होते किंवा अगदी क्रॅक देखील होतात. जास्त ताणामुळे बेसल प्लेन डिस्लोकेशन देखील वाढते, ज्यामुळे एपिटॅक्सियल लेयरची गुणवत्ता आणि उपकरणाच्या कामगिरीवर प्रतिकूल परिणाम होऊ शकतो.

६-इंच SiC वेफर स्कॅनिंग प्रतिमा

क्रिस्टल्समधील ताण कमी करण्याच्या पद्धती:

• SiC सिंगल क्रिस्टल्सची जवळजवळ समतोल वाढ सक्षम करण्यासाठी तापमान क्षेत्र वितरण आणि प्रक्रिया पॅरामीटर्स समायोजित करा.
• कमीत कमी मर्यादांसह मुक्त क्रिस्टल वाढीसाठी क्रूसिबल स्ट्रक्चर ऑप्टिमाइझ करा.
• बियाणे क्रिस्टल आणि ग्रेफाइट होल्डरमधील थर्मल एक्सपेंशन विसंगती कमी करण्यासाठी बियाणे क्रिस्टल फिक्सेशन तंत्रांमध्ये बदल करा. बियाणे क्रिस्टल आणि ग्रेफाइट होल्डरमध्ये 2 मिमी अंतर ठेवणे हा एक सामान्य दृष्टिकोन आहे.
• इन-सीटू फर्नेस अ‍ॅनिलिंग लागू करून, अ‍ॅनिलिंग तापमान आणि कालावधी समायोजित करून अंतर्गत ताण पूर्णपणे सोडून अ‍ॅनिलिंग प्रक्रिया सुधारा.

सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल ग्रोथ तंत्रज्ञानातील भविष्यातील ट्रेंड

पुढे पाहता, उच्च-गुणवत्तेची SiC सिंगल क्रिस्टल तयारी तंत्रज्ञान खालील दिशेने विकसित होईल:

1. मोठ्या प्रमाणात वाढ
   सिलिकॉन कार्बाइड सिंगल क्रिस्टल्सचा व्यास काही मिलिमीटरपासून 6-इंच, 8-इंच आणि त्याहूनही मोठ्या 12-इंच आकारात विकसित झाला आहे. मोठ्या व्यासाचे SiC क्रिस्टल्स उत्पादन कार्यक्षमता सुधारतात, खर्च कमी करतात आणि उच्च-शक्तीच्या उपकरणांच्या मागण्या पूर्ण करतात.
2. उच्च-गुणवत्तेची वाढ
   उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या उपकरणांसाठी उच्च-गुणवत्तेचे SiC सिंगल क्रिस्टल्स आवश्यक आहेत. जरी लक्षणीय प्रगती झाली असली तरी, मायक्रोपाइप्स, डिस्लोकेशन आणि अशुद्धता यासारखे दोष अजूनही अस्तित्वात आहेत, ज्यामुळे उपकरणाची कार्यक्षमता आणि विश्वासार्हता प्रभावित होते.
3. खर्च कपात
   SiC क्रिस्टल तयारीची उच्च किंमत काही विशिष्ट क्षेत्रांमध्ये त्याचा वापर मर्यादित करते. वाढ प्रक्रिया ऑप्टिमायझ करणे, उत्पादन कार्यक्षमता सुधारणे आणि कच्च्या मालाचा खर्च कमी करणे यामुळे उत्पादन खर्च कमी होण्यास मदत होऊ शकते.
4. बुद्धिमान वाढ
   एआय आणि बिग डेटामधील प्रगतीसह, SiC क्रिस्टल ग्रोथ तंत्रज्ञान अधिकाधिक बुद्धिमान उपायांचा अवलंब करेल. सेन्सर्स आणि ऑटोमेटेड सिस्टीम वापरून रिअल-टाइम मॉनिटरिंग आणि नियंत्रण प्रक्रिया स्थिरता आणि नियंत्रणक्षमता वाढवेल. याव्यतिरिक्त, बिग डेटा अॅनालिटिक्स क्रिस्टल गुणवत्ता आणि उत्पादन कार्यक्षमता सुधारून वाढीचे पॅरामीटर्स ऑप्टिमाइझ करू शकतात.

सेमीकंडक्टर मटेरियल संशोधनात उच्च-गुणवत्तेचे सिलिकॉन कार्बाइड सिंगल क्रिस्टल तयारी तंत्रज्ञान हे एक प्रमुख केंद्र आहे. तंत्रज्ञान जसजसे पुढे जाईल तसतसे SiC क्रिस्टल वाढीचे तंत्र विकसित होत राहतील, जे उच्च-तापमान, उच्च-फ्रिक्वेंसी आणि उच्च-शक्ती क्षेत्रांमध्ये अनुप्रयोगांसाठी एक मजबूत पाया प्रदान करतील.