Pagrindiniai silicio karbido monokristalų auginimo metodai yra fizikinis garų pernašos (PVT), viršutinio sluoksnio tirpalo auginimas (TSSG) ir aukštos temperatūros cheminis garų nusodinimas (HT-CVD).

Tarp jų PVT metodas tapo pagrindine pramoninės gamybos technika dėl gana paprasto įrangos nustatymo, lengvo valdymo ir valdymo bei mažesnių įrangos ir eksploatavimo sąnaudų.

---

Pagrindiniai SiC kristalų augimo naudojant PVT metodą techniniai aspektai

Norint auginti silicio karbido kristalus naudojant PVT metodą, reikia atidžiai kontroliuoti kelis techninius aspektus:

1. Grafito medžiagų grynumas terminiame lauke
   Kristalų augimo terminio lauko grafito medžiagos turi atitikti griežtus grynumo reikalavimus. Grafito komponentų priemaišų kiekis turi būti mažesnis nei 5 × 10⁻⁶, o izoliacinių veltinių – mažesnis nei 10 × 10⁻⁶. Tiksliau, boro (B) ir aliuminio (Al) kiekis turi būti mažesnis nei 0,1 × 10⁻⁶.

2. Teisingas sėklos kristalo poliškumas
   Empiriniai duomenys rodo, kad C paviršius (0001) tinka 4H-SiC kristalams auginti, o Si paviršius (0001) – 6H-SiC augimui.

3. Neašinių sėklinių kristalų naudojimas
   Neašinės sėklos gali pakeisti augimo simetriją, sumažinti kristalų defektus ir skatinti geresnę kristalų kokybę.

4. Patikima sėklų kristalų klijavimo technika
   Tinkamas sėklos kristalo ir laikiklio sukibimas yra būtinas stabilumui augimo metu.

5. Augimo sąsajos stabilumo palaikymas
   Viso kristalo augimo ciklo metu augimo sąsaja turi išlikti stabili, kad būtų užtikrintas aukštos kokybės kristalų vystymasis.

 

---

Pagrindinės SiC kristalų augimo technologijos

1. SiC miltelių dopingo technologija

SiC miltelių legiravimas ceriu (Ce) gali stabilizuoti vieno politipo, pvz., 4H-SiC, augimą. Praktika parodė, kad C legiravimas gali:

• Padidinti SiC kristalų augimo greitį;

• Pagerinti kristalų orientaciją, kad augimas būtų tolygesnis ir kryptingesnis;

• Sumažinti priemaišas ir defektus;

• Slopina kristalo galinės pusės koroziją;

• Padidinkite monokristalio išeigos greitį.

2. Ašinių ir radialinių šiluminių gradientų valdymas

Ašiniai temperatūros gradientai turi įtakos kristalo politipui ir augimo greičiui. Per mažas gradientas gali lemti politipo intarpus ir sumažinti medžiagų pernašą garų fazėje. Ašinių ir radialinių gradientų optimizavimas yra labai svarbus greitam ir stabiliam kristalų augimui bei pastoviai kokybei.

3. Bazinės plokštumos dislokacijos (BPD) valdymo technologija

BPD daugiausia susidaro dėl šlyties įtempio, viršijančio kritinę SiC kristalų ribą, aktyvuojant slydimo sistemas. Kadangi BPD yra statmenai augimo krypčiai, jie paprastai atsiranda kristalo augimo ir aušinimo metu. Vidinio įtempio sumažinimas gali žymiai sumažinti BPD tankį.

4. Garų fazės sudėties santykio kontrolė

Anglies ir silicio santykio didinimas garų fazėje yra patikrintas metodas, skatinantis vieno politipo augimą. Didelis C/Si santykis sumažina makropakopų susikaupimą ir išsaugo paviršiaus paveldėjimą iš sėklos kristalo, taip slopindamas nepageidaujamų politipų susidarymą.

5. Mažo streso augimo metodai

Kristalų augimo metu atsirandantis įtempis gali sukelti išlenktas gardelės plokštumas, įtrūkimus ir didesnį BPD tankį. Šie defektai gali persikelti į epitaksinius sluoksnius ir neigiamai paveikti įrenginio veikimą.

Keletas vidinio kristalų įtempio mažinimo strategijų apima:

• Šiluminio lauko pasiskirstymo ir proceso parametrų reguliavimas, siekiant skatinti beveik pusiausvyrinį augimą;

• Tiglio konstrukcijos optimizavimas, leidžiantis kristalui laisvai augti be mechaninių apribojimų;

• Pagerinti sėklų laikiklio konfigūraciją, siekiant sumažinti sėklų ir grafito šiluminio plėtimosi neatitikimą kaitinimo metu, dažnai paliekant 2 mm tarpą tarp sėklų ir laikiklio;

• Atkaitinimo procesų tobulinimas, kristalo atvėsinimas krosnyje ir temperatūros bei trukmės reguliavimas, siekiant visiškai pašalinti vidinį įtempį.

---

SiC kristalų augimo technologijos tendencijos

1. Didesni kristalų dydžiai
SiC monokristalų skersmuo padidėjo nuo vos kelių milimetrų iki 6, 8 ir net 12 colių plokštelių. Didesnės plokštelės padidina gamybos efektyvumą ir sumažina sąnaudas, tuo pačiu patenkindamos didelės galios įrenginių taikymo poreikius.

2. Aukštesnė kristalų kokybė
Aukštos kokybės SiC kristalai yra būtini didelio našumo įrenginiams. Nepaisant reikšmingų patobulinimų, dabartiniuose kristaluose vis dar yra defektų, tokių kaip mikrovamzdeliai, dislokacijos ir priemaišos, kurie gali sumažinti įrenginio našumą ir patikimumą.

3. Sąnaudų mažinimas
SiC kristalų gamyba vis dar yra gana brangi, todėl ribojamas platesnis pritaikymas. Norint išplėsti rinkos pritaikymą, labai svarbu sumažinti išlaidas optimizuojant augimo procesus, didinant gamybos efektyvumą ir mažinant žaliavų kainas.

4. Pažangi gamyba
Tobulėjant dirbtiniam intelektui ir didžiųjų duomenų technologijoms, SiC kristalų auginimas vyksta išmanių, automatizuotų procesų link. Jutikliai ir valdymo sistemos gali stebėti ir koreguoti augimo sąlygas realiuoju laiku, taip pagerindamos proceso stabilumą ir nuspėjamumą. Duomenų analizė gali dar labiau optimizuoti proceso parametrus ir kristalų kokybę.

Aukštos kokybės SiC monokristalų auginimo technologijų kūrimas yra vienas pagrindinių puslaidininkinių medžiagų tyrimų tikslų. Tobulėjant technologijoms, kristalų auginimo metodai ir toliau vystysis ir tobulės, suteikdami tvirtą pagrindą SiC taikymams aukštos temperatūros, aukšto dažnio ir didelės galios elektroniniuose įrenginiuose.