SiC-kristallen bereid volgens de PVT-methode

De reguliere methode voor het bereiden van enkele kristallen van siliciumcarbide is de fysische damptransportmethode (PVT). Deze methode bestaat hoofdzakelijk uit aholte van kwartsbuis, Averwarmingselement(inductiespoel of grafietverwarmer),grafiet-koolstofviltisolatiemateriaal, eengrafietkroes, een siliciumcarbide-zaadkristal, siliciumcarbidepoeder en een hogetemperatuurthermometer. Het siliciumcarbidepoeder bevindt zich aan de onderkant van de grafietkroes, terwijl het entkristal aan de bovenkant is bevestigd. Het kristalgroeiproces verloopt als volgt: de temperatuur op de bodem van de kroes wordt door verwarming (inductie of weerstand) verhoogd tot 2100–2400 °C. Het siliciumcarbidepoeder op de bodem van de smeltkroes ontleedt bij deze hoge temperatuur en produceert gasvormige stoffen zoals Si, Si₂C en SiC₂. Onder invloed van de temperatuur- en concentratiegradiënten in de holte worden deze gasvormige stoffen naar het oppervlak met lagere temperatuur van het kiemkristal getransporteerd en condenseren en kiemen geleidelijk, waardoor uiteindelijk de groei van het siliciumcarbidekristal wordt bereikt.

De belangrijkste technische punten waarmee rekening moet worden gehouden bij het kweken van siliciumcarbidekristallen met behulp van de fysieke damptransportmethode zijn als volgt:

1) De zuiverheid van het grafietmateriaal binnen het kristalgroeitemperatuurveld moet aan de vereisten voldoen. De zuiverheid van grafietonderdelen moet minder zijn dan 5×10-6, en die van het isolatievilt moet minder zijn dan 10×10-6. Hiervan moet de zuiverheid van de B- en Al-elementen lager zijn dan 0,1 x 10-6, omdat deze twee elementen vrije gaten zullen genereren tijdens de groei van siliciumcarbide. Overmatige hoeveelheden van deze twee elementen zullen leiden tot onstabiele elektrische eigenschappen van siliciumcarbide, waardoor de prestaties van siliciumcarbide-apparaten worden beïnvloed. Tegelijkertijd kan de aanwezigheid van onzuiverheden leiden tot kristaldefecten en dislocaties, wat uiteindelijk de kwaliteit van het kristal aantast.

2) De polariteit van het zaadkristal moet correct worden geselecteerd. Er is geverifieerd dat het C(0001)-vlak kan worden gebruikt om 4H-SiC-kristallen te laten groeien, en dat het Si(0001)-vlak wordt gebruikt om 6H-SiC-kristallen te laten groeien.

3) Gebruik off-axis zaadkristallen voor groei. De optimale hoek van het zaadkristal buiten de as is 4°, wijzend naar de kristaloriëntatie. Zaadkristallen buiten de as kunnen niet alleen de symmetrie van de kristalgroei veranderen en defecten in het kristal verminderen, maar het kristal ook laten groeien langs een specifieke kristaloriëntatie, wat gunstig is voor het bereiden van eenkristalkristallen. Tegelijkertijd kan het de kristalgroei uniformer maken, de interne spanning en spanning in het kristal verminderen en de kristalkwaliteit verbeteren.

4) Goed zaadkristalbindingsproces. De achterkant van het zaadkristal ontleedt en sublimeert bij hoge temperatuur. Tijdens de kristalgroei kunnen hexagonale holtes of zelfs microbuisdefecten in het kristal worden gevormd, en in ernstige gevallen kunnen polymorfe kristallen met een groot oppervlak worden gegenereerd. Daarom moet de achterkant van het entkristal worden voorbehandeld. Op het Si-oppervlak van het entkristal kan een dichte fotoresistlaag met een dikte van ongeveer 20 μm worden aangebracht. Na carbonisatie bij hoge temperatuur bij ongeveer 600 °C wordt een dichte gecarboniseerde filmlaag gevormd. Vervolgens wordt het onder hoge temperatuur en druk op een grafietplaat of grafietpapier gebonden. Het op deze wijze verkregen entkristal kan de kristallisatiekwaliteit aanzienlijk verbeteren en de ablatie van de achterkant van het entkristal effectief remmen.

5) Handhaaf de stabiliteit van het kristalgroei-grensvlak tijdens de kristalgroeicyclus. Naarmate de dikte van de siliciumcarbidekristallen geleidelijk toeneemt, beweegt het grensvlak voor kristalgroei geleidelijk naar het bovenoppervlak van het siliciumcarbidepoeder aan de onderkant van de smeltkroes. Dit veroorzaakt veranderingen in de groeiomgeving op het grensvlak van kristalgroei, wat leidt tot schommelingen in parameters zoals het thermische veld en de koolstof-siliciumverhouding. Tegelijkertijd vermindert het de atmosferische materiaaltransportsnelheid en vertraagt ​​het de kristalgroeisnelheid, wat een risico vormt voor de continue en stabiele groei van het kristal. Deze problemen kunnen tot op zekere hoogte worden verholpen door de structuur en de controlemethoden te optimaliseren. Het toevoegen van een kroesbewegingsmechanisme en het regelen van de kroes om langzaam omhoog te bewegen langs de axiale richting met de kristalgroeisnelheid kan de stabiliteit van de groeiomgeving van het kristalgroeigrensvlak garanderen en een stabiele axiale en radiale temperatuurgradiënt handhaven.

Semicorex biedt hoogwaardige kwaliteitgrafiet componentenvoor de groei van SiC-kristallen. Als u vragen heeft of aanvullende informatie nodig heeft, aarzel dan niet om contact met ons op te nemen.

Neem contact op met telefoonnummer +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com