Métodos de preparación de los cristales simples de SiC: enfoque en el método PVT
Los principales métodos de preparación de los cristales simples de carburo de silicio (SiC) incluyen el transporte físico de vapor (PVT), el crecimiento en solución de semillas superiores (TSSG),y deposición química de vapor a alta temperatura (HT-CVD).
Entre ellos, elMétodo PVTes el más ampliamente adoptado en la producción industrial debido a su equipo simple, facilidad de control, costo de equipo relativamente bajo y gastos operativos.
Tecnologías clave en el crecimiento de cristales de SiC con PVT
Diagrama esquemático de la estructura de crecimiento del PVT
Las consideraciones clave para el cultivo de cristales de SiC utilizando el método de transporte de vapor físico (PVT) incluyen:
Pureza de los materiales de grafito en el campo térmico
El contenido de impurezas en las piezas de grafito debe ser inferior5x10-6, y el contenido de impurezas en el fieltro de aislamiento debe ser inferior10 por 10-6.
Las concentraciones de boro (B) y aluminio (Al) deben ser inferiores a:0.1×10-6.
Selección correcta de la polaridad del cristal de semilla
ElC (0001)la cara es adecuada para crecer4H-SiCLos cristales.
ElSi (0001)la cara es adecuada para crecer6H-SiCLos cristales.
Uso de cristales de semillas fuera del eje
Las semillas fuera del eje alteran la simetría de crecimiento y ayudan a reducir la formación de defectos en el cristal.
Proceso de unión de cristal de buena semilla
Asegura la estabilidad mecánica y la uniformidad durante el proceso de crecimiento.
Interfaz de crecimiento estable durante el proceso
El mantenimiento de una interfaz sólida/gas estable es crucial para la formación de cristales de alta calidad.
Tecnologías críticas para el crecimiento de los cristales de SiC
Tecnología de dopaje en polvo de SiC
Dopaje con cerio (Ce)en el polvo fuente promueve el crecimiento estable de cristales de 4H-SiC monofásicos.
Los beneficios incluyen una mayor tasa de crecimiento, un mejor control de orientación, una reducción de impurezas y defectos, y una mayor estabilidad de fase única y calidad cristalina.
También ayuda a suprimir la erosión posterior y mejora la cristalinidad única.
Control de los gradientes térmicos axiales y radiales
El gradiente térmico axial afecta la estabilidad del politipo y la eficiencia de crecimiento.
Los bajos gradientes pueden dar lugar a politipos no deseados y reducir el transporte de materiales.
Los gradientes axiales y radiales adecuados aseguran un crecimiento rápido y una calidad de cristal estable.
Control de la dislocación del plano basal
Los BPD son causados por una tensión de cizallamiento superior a la tensión de cizallamiento crítica del SiC.
Estos defectos se forman durante las etapas de crecimiento y enfriamiento debido a la activación del sistema de deslizamiento.
Reducir el estrés interno minimiza la formación de TLP.
Control de la proporción de composición de la fase gaseosa
A. Nomayor relación carbono/silícioen la fase gaseosa ayuda a suprimir la conversión de politipo.
Reduce la agrupación de grandes pasos, mantiene la información de la superficie de crecimiento y mejora la estabilidad del politipo.
- ¿ Qué?
Control de crecimiento bajo estrés
El estrés interno conduce a la flexión de la red, el agrietamiento de los cristales y el aumento de los BPD, lo que afecta negativamente la epitaxia y el rendimiento del dispositivo.
Las estrategias clave para reducir el estrés incluyen:
- Optimización de los parámetros del campo térmico y del procesopara acercarse al crecimiento de equilibrio.
- Diseño nuevo de la estructura del crisolpara permitir la expansión libre del cristal.
- Adaptación de los métodos de unión de semillas, por ejemplo, dejando unEspacio de 2 mmentre la semilla y el soporte de grafito para adaptarse a las diferencias de expansión térmica.
- Control del recocido posterior al crecimiento, incluyendo el enfriamiento in situ del horno y parámetros de recocido optimizados para liberar la tensión residual.
Tendencias de desarrollo de la tecnología de crecimiento de cristales de SiC
En el futuro, el crecimiento de cristal único de SiC de alta calidad avanzará en las siguientes direcciones:
Tamaño de la oblea más grande
El diámetro de la oblea de SiC ha crecido de unos pocos milímetros a6 pulgadas, 8 pulgadas, e incluso12 pulgadas.
Las obleas más grandes mejoran la eficiencia de producción, reducen los costos y cumplen con los requisitos de los dispositivos de alta potencia.
Una calidad superior
Si bien la calidad del cristal de SiC ha mejorado significativamente, aún persisten defectos como micropipes, dislocaciones e impurezas.
La eliminación de estos defectos es fundamental para garantizar el rendimiento y la fiabilidad del dispositivo.
Costo más bajo
El alto costo actual de los cristales de SiC limita su adopción generalizada.
Se pueden lograr reducciones de costos mediante la optimización del proceso, una mayor eficiencia y materias primas más baratas.
Conclusión:
El crecimiento de cristales simples de SiC de alta calidad es un área clave de la investigación de materiales semiconductores.que establece una base sólida para su aplicación en condiciones de alta temperatura, de alta frecuencia y electrónica de alta potencia.
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