چالش های فنی در کوره های رشد کریستال کاربید سیلیکون

کوره های رشد کریستال کاربید سیلیکون (SiC) سنگ بنای کار هستندویفر SiCتولید کوره‌های SiC در حالی که شباهت‌هایی با کوره‌های رشد کریستال سیلیکون سنتی دارند، به دلیل شرایط رشد شدید مواد و مکانیسم‌های پیچیده تشکیل نقص، با چالش‌های منحصر به فردی روبرو هستند. این چالش ها را می توان به طور کلی به دو حوزه تقسیم کرد: رشد کریستال و رشد همپایی.

چالش های رشد کریستال:

رشد کریستال SiC نیاز به کنترل دقیق بر روی یک محیط با دمای بالا و بسته دارد، که نظارت و کنترل فرآیند را بسیار دشوار می کند. چالش های کلیدی عبارتند از:

(1) کنترل میدان حرارتی: حفظ یک پروفایل دمایی پایدار و یکنواخت در محفظه مهر و موم شده با دمای بالا بسیار مهم و در عین حال بسیار چالش برانگیز است. برخلاف فرآیندهای رشد مذاب قابل کنترلی که برای سیلیکون استفاده می‌شود، رشد کریستال SiC در دمای بالای 2000 درجه سانتی‌گراد رخ می‌دهد و نظارت و تنظیم در زمان واقعی را تقریبا غیرممکن می‌کند. کنترل دقیق دما برای دستیابی به خواص کریستالی مورد نظر بسیار مهم است.

(2) پلی تایپ و کنترل نقص: فرآیند رشد به شدت مستعد نقص هایی مانند میکرولوله ها (MPs)، آخال های پلی تایپ و دررفتگی است که هر کدام بر کیفیت کریستال تأثیر می گذارد. MPs، عیوب نفوذی چندین میکرون، به ویژه برای عملکرد دستگاه مضر است. SiC در بیش از 200 نوع پلی تایپ وجود دارد که تنها ساختار 4H برای کاربردهای نیمه هادی مناسب است. کنترل استوکیومتری، گرادیان دما، سرعت رشد و دینامیک جریان گاز برای به حداقل رساندن آخال های پلی تایپ ضروری است. علاوه بر این، گرادیان های حرارتی در محفظه رشد می توانند استرس بومی را القا کنند، که منجر به نابجایی های مختلف (دررفتگی صفحه پایه (BPDs)، دررفتگی پیچ رزوه ای (TSDs)، دررفتگی لبه رزوه ای (TEDs)) می شود که بر اپیتاکسی بعدی و عملکرد دستگاه تأثیر می گذارد.

(3) کنترل ناخالصی: دستیابی به پروفایل های دقیق دوپینگ مستلزم کنترل دقیق ناخالصی های خارجی است. هر گونه آلودگی ناخواسته می تواند به طور قابل توجهی خواص الکتریکی کریستال نهایی را تغییر دهد.

(4) سرعت رشد آهسته: رشد کریستال SiC ذاتا در مقایسه با سیلیکون کند است. در حالی که یک شمش سیلیکون را می توان در 3 روز رشد داد، SiC به 7 روز یا بیشتر نیاز دارد که به طور قابل توجهی بر راندمان و بازده تولید تأثیر می گذارد.

چالش های رشد اپیتاکسیال:

رشد اپیتاکسیال SiC، که برای تشکیل ساختارهای دستگاه ضروری است، نیاز به کنترل شدیدتر بر پارامترهای فرآیند دارد:

کنترل با دقت بالا:هرمسیتی محفظه، پایداری فشار، زمان‌بندی و ترکیب دقیق تحویل گاز و کنترل دقیق دما برای دستیابی به خواص لایه همپایی مطلوب ضروری هستند. این خواسته‌ها با افزایش الزامات ولتاژ دستگاه حتی سخت‌تر می‌شوند.

یکنواختی و تراکم نقص:حفظ مقاومت یکنواخت و چگالی نقص کم در لایه‌های اپیتاکسیال ضخیم‌تر یک چالش قابل توجه است.

سیستم های کنترل پیشرفته:سیستم های کنترل الکترومکانیکی پیچیده با سنسورها و محرک های با دقت بالا برای تنظیم دقیق و پایدار پارامتر بسیار مهم هستند. الگوریتم‌های کنترلی پیشرفته که قادر به تنظیم بلادرنگ بر اساس بازخورد فرآیند هستند، برای پیمایش پیچیدگی‌های رشد همپایه SiC ضروری هستند.

غلبه بر این موانع فنی برای باز کردن پتانسیل کامل فناوری SiC ضروری است. پیشرفت‌های مستمر در طراحی کوره، کنترل فرآیند، و تکنیک‌های نظارت درجا برای پیشبرد پذیرش گسترده این ماده امیدوارکننده در الکترونیک با کارایی بالا حیاتی است.**