सिलिकॉन कार्बाइड सिंगल क्रिस्टल्स वाढवण्याच्या मुख्य पद्धतींमध्ये भौतिक वाष्प वाहतूक (PVT), टॉप-सीडेड सोल्युशन ग्रोथ (TSSG) आणि उच्च-तापमान रासायनिक वाष्प निक्षेपण (HT-CVD) यांचा समावेश आहे.

यापैकी, पीव्हीटी पद्धत ही औद्योगिक उत्पादनासाठी प्राथमिक तंत्र बनली आहे कारण तिच्या उपकरणांची तुलनेने सोपी व्यवस्था, ऑपरेशन आणि नियंत्रणाची सोय आणि कमी उपकरणे आणि ऑपरेशनल खर्चामुळे.

---

पीव्हीटी पद्धतीचा वापर करून एसआयसी क्रिस्टल वाढीचे प्रमुख तांत्रिक मुद्दे

पीव्हीटी पद्धतीने सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल्स वाढवण्यासाठी, अनेक तांत्रिक बाबी काळजीपूर्वक नियंत्रित केल्या पाहिजेत:

1. थर्मल फील्डमध्ये ग्रेफाइट पदार्थांची शुद्धता
   क्रिस्टल ग्रोथ थर्मल फील्डमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या ग्रेफाइट मटेरियलने शुद्धतेच्या कठोर आवश्यकता पूर्ण केल्या पाहिजेत. ग्रेफाइट घटकांमधील अशुद्धतेचे प्रमाण 5×10⁻⁶ पेक्षा कमी असावे आणि इन्सुलेशन फेल्टसाठी 10×10⁻⁶ पेक्षा कमी असावे. विशेषतः, बोरॉन (B) आणि अॅल्युमिनियम (Al) ची सामग्री प्रत्येकी 0.1×10⁻⁶ पेक्षा कमी असावी.

2. बीजस्फटिकाची योग्य ध्रुवीयता
   अनुभवजन्य डेटा दर्शवितो की C-फेस (0001) 4H-SiC क्रिस्टल्स वाढवण्यासाठी योग्य आहे, तर Si-फेस (0001) 6H-SiC वाढीसाठी योग्य आहे.

3. ऑफ-अ‍ॅक्सिस सीड क्रिस्टल्सचा वापर
   ऑफ-अक्ष बियाणे वाढीची सममिती बदलू शकतात, स्फटिक दोष कमी करू शकतात आणि चांगल्या स्फटिक गुणवत्तेला प्रोत्साहन देऊ शकतात.

4. विश्वसनीय बियाणे क्रिस्टल बाँडिंग तंत्र
   वाढीदरम्यान स्थिरतेसाठी बियाणे स्फटिक आणि धारक यांच्यात योग्य बंधन आवश्यक आहे.

5. ग्रोथ इंटरफेसची स्थिरता राखणे
   संपूर्ण क्रिस्टल वाढीच्या चक्रादरम्यान, उच्च-गुणवत्तेचा क्रिस्टल विकास सुनिश्चित करण्यासाठी वाढीचा इंटरफेस स्थिर राहिला पाहिजे.

 

---

SiC क्रिस्टल ग्रोथमधील मुख्य तंत्रज्ञान

1. SiC पावडरसाठी डोपिंग तंत्रज्ञान

सेरियम (Ce) सह SiC पावडरचे डोपिंग केल्याने 4H-SiC सारख्या एकाच पॉलीटाइपची वाढ स्थिर होऊ शकते. सरावाने दर्शविले आहे की Ce डोपिंग हे करू शकते:

• SiC क्रिस्टल्सचा वाढीचा दर वाढवा;

• अधिक एकसमान आणि दिशात्मक वाढीसाठी क्रिस्टल ओरिएंटेशन सुधारा;

• अशुद्धता आणि दोष कमी करा;

• क्रिस्टलच्या मागील बाजूस होणारा गंज दाबणे;

• सिंगल क्रिस्टल उत्पन्न दर वाढवा.

2. अक्षीय आणि रेडियल थर्मल ग्रेडियंट्सचे नियंत्रण

अक्षीय तापमान ग्रेडियंट क्रिस्टल पॉलीटाइप आणि वाढीच्या दरावर परिणाम करतात. खूप लहान ग्रेडियंटमुळे पॉलीटाइप समावेश होऊ शकतो आणि बाष्प अवस्थेत सामग्री वाहतूक कमी होऊ शकते. स्थिर गुणवत्तेसह जलद आणि स्थिर क्रिस्टल वाढीसाठी अक्षीय आणि रेडियल ग्रेडियंट दोन्ही ऑप्टिमायझ करणे अत्यंत महत्वाचे आहे.

3. बेसल प्लेन डिसलोकेशन (बीपीडी) नियंत्रण तंत्रज्ञान

SiC क्रिस्टल्समध्ये गंभीर थ्रेशोल्ड ओलांडल्यामुळे BPDs तयार होतात, ज्यामुळे स्लिप सिस्टम सक्रिय होतात. BPDs वाढीच्या दिशेला लंब असतात, ते सामान्यतः क्रिस्टल वाढ आणि थंड होण्याच्या दरम्यान उद्भवतात. अंतर्गत ताण कमी केल्याने BPD घनता लक्षणीयरीत्या कमी होऊ शकते.

4. वाष्प टप्प्यातील रचना प्रमाण नियंत्रण

बाष्प अवस्थेत कार्बन-ते-सिलिकॉन गुणोत्तर वाढवणे ही एकल पॉलीटाइप वाढीस चालना देण्यासाठी एक सिद्ध पद्धत आहे. उच्च C/Si गुणोत्तर मॅक्रोस्टेप बंचिंग कमी करते आणि सीड क्रिस्टलपासून पृष्ठभागावरील वारसा टिकवून ठेवते, अशा प्रकारे अवांछित पॉलीटाइपची निर्मिती रोखते.

5. कमी ताण असलेल्या वाढीच्या पद्धती

क्रिस्टल वाढीदरम्यान ताणामुळे वक्र जाळीच्या पृष्ठभागावर, भेगा आणि उच्च BPD घनतेचे कारण बनू शकते. हे दोष एपिटॅक्सियल थरांमध्ये पसरू शकतात आणि उपकरणाच्या कार्यक्षमतेवर नकारात्मक परिणाम करू शकतात.

अंतर्गत क्रिस्टल ताण कमी करण्यासाठी अनेक धोरणे समाविष्ट आहेत:

• जवळजवळ समतोल वाढीला चालना देण्यासाठी थर्मल फील्ड वितरण आणि प्रक्रिया मापदंडांचे समायोजन;

• क्रिस्टलला यांत्रिक अडथळ्यांशिवाय मुक्तपणे वाढण्यास अनुमती देण्यासाठी क्रूसिबल डिझाइनचे ऑप्टिमायझेशन;

• बियाणे आणि ग्रेफाइट गरम करताना बियाणे आणि धारक यांच्यातील थर्मल एक्सपेंशन विसंगती कमी करण्यासाठी बियाणे धारक संरचना सुधारणे, बहुतेकदा बियाणे आणि धारकामध्ये 2 मिमी अंतर ठेवून;

• अॅनिलिंग प्रक्रियांचे शुद्धीकरण, भट्टीसह क्रिस्टल थंड होऊ देणे आणि अंतर्गत ताण पूर्णपणे कमी करण्यासाठी तापमान आणि कालावधी समायोजित करणे.

---

SiC क्रिस्टल ग्रोथ तंत्रज्ञानातील ट्रेंड

१. मोठे क्रिस्टल आकार
SiC सिंगल क्रिस्टल व्यास फक्त काही मिलिमीटरवरून 6-इंच, 8-इंच आणि अगदी 12-इंच वेफर्सपर्यंत वाढले आहेत. मोठे वेफर्स उत्पादन कार्यक्षमता वाढवतात आणि खर्च कमी करतात, तसेच उच्च-शक्तीच्या उपकरण अनुप्रयोगांच्या मागण्या पूर्ण करतात.

२. उच्च क्रिस्टल गुणवत्ता
उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या उपकरणांसाठी उच्च-गुणवत्तेचे SiC क्रिस्टल्स आवश्यक आहेत. लक्षणीय सुधारणा असूनही, सध्याच्या क्रिस्टल्समध्ये अजूनही मायक्रोपाइप्स, डिस्लोकेशन आणि अशुद्धता यासारखे दोष दिसून येतात, जे सर्व उपकरणाची कार्यक्षमता आणि विश्वासार्हता खराब करू शकतात.

३. खर्चात कपात
SiC क्रिस्टल उत्पादन अजूनही तुलनेने महाग आहे, ज्यामुळे व्यापक अवलंब मर्यादित आहे. बाजारपेठेतील अनुप्रयोगांचा विस्तार करण्यासाठी अनुकूलित वाढ प्रक्रियांद्वारे खर्च कमी करणे, उत्पादन कार्यक्षमता वाढवणे आणि कच्च्या मालाच्या किमती कमी करणे अत्यंत महत्त्वाचे आहे.

४. बुद्धिमान उत्पादन
कृत्रिम बुद्धिमत्ता आणि मोठ्या डेटा तंत्रज्ञानातील प्रगतीसह, SiC क्रिस्टलची वाढ बुद्धिमान, स्वयंचलित प्रक्रियांकडे वाटचाल करत आहे. सेन्सर्स आणि नियंत्रण प्रणाली रिअल-टाइममध्ये वाढीच्या परिस्थितीचे निरीक्षण आणि समायोजन करू शकतात, ज्यामुळे प्रक्रिया स्थिरता आणि अंदाज सुधारतो. डेटा विश्लेषण प्रक्रिया पॅरामीटर्स आणि क्रिस्टल गुणवत्तेला आणखी अनुकूलित करू शकते.

सेमीकंडक्टर मटेरियल संशोधनात उच्च-गुणवत्तेच्या SiC सिंगल क्रिस्टल ग्रोथ तंत्रज्ञानाचा विकास हा एक प्रमुख केंद्रबिंदू आहे. तंत्रज्ञान जसजसे पुढे जाईल तसतसे क्रिस्टल ग्रोथ पद्धती विकसित होत राहतील आणि सुधारत राहतील, ज्यामुळे उच्च-तापमान, उच्च-फ्रिक्वेन्सी आणि उच्च-शक्तीच्या इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये SiC अनुप्रयोगांसाठी एक मजबूत पाया उपलब्ध होईल.