Kryształy SiC przygotowane metodą PVT

Główną metodą wytwarzania monokryształów węglika krzemu jest metoda fizycznego transportu pary (PVT). Metoda ta polega głównie nawnęka rurki kwarcowej, Aelement grzejny(cewka indukcyjna lub grzejnik grafitowy),izolacja z filcu grafitowegomateriał, Atygiel grafitowy, kryształ zaszczepiający węglika krzemu, proszek węglika krzemu i termometr wysokotemperaturowy. Proszek węglika krzemu znajduje się na dnie tygla grafitowego, natomiast kryształ zaszczepiający jest zamocowany na górze. Proces wzrostu kryształów przebiega następująco: temperaturę na dnie tygla podnosi się do 2100–2400 °C poprzez ogrzewanie (indukcję lub opór). Proszek węglika krzemu na dnie tygla rozkłada się w tak wysokiej temperaturze, wytwarzając substancje gazowe, takie jak Si, Si₂C i SiC₂. Pod wpływem gradientów temperatury i stężenia we wnęce te substancje gazowe są transportowane na powierzchnię kryształu zaszczepiającego o niższej temperaturze i stopniowo kondensują i tworzą zarodki, ostatecznie osiągając wzrost kryształu węglika krzemu.

Kluczowe kwestie techniczne, na które należy zwrócić uwagę podczas hodowli kryształów węglika krzemu metodą fizycznego transportu pary, są następujące:

1) Czystość materiału grafitowego w polu temperatury wzrostu kryształów musi spełniać wymagania. Czystość części grafitowych powinna być mniejsza niż 5×10-6, a filcu izolacyjnego powinna być mniejsza niż 10×10-6. Wśród nich czystość pierwiastków B i Al powinna wynosić poniżej 0,1 × 10-6, ponieważ te dwa pierwiastki będą generować wolne dziury podczas wzrostu węglika krzemu. Nadmierne ilości tych dwóch pierwiastków prowadzą do niestabilnych właściwości elektrycznych węglika krzemu, co wpływa na działanie urządzeń z węglika krzemu. Jednocześnie obecność zanieczyszczeń może prowadzić do defektów i dyslokacji kryształów, co ostatecznie wpływa na jakość kryształu.

2) Należy prawidłowo wybrać polaryzację kryształu zarodkowego. Stwierdzono, że płaszczyzna C(0001) może być wykorzystana do hodowli kryształów 4H-SiC, a płaszczyzna Si(0001) do hodowli kryształów 6H-SiC.

3) Do wzrostu użyj kryształów zaszczepiających poza osią. Optymalny kąt pozaosiowego kryształu zaszczepiającego wynosi 4°, wskazując w stronę orientacji kryształu. Kryształy zaszczepiające poza osią mogą nie tylko zmienić symetrię wzrostu kryształów i zmniejszyć defekty w krysztale, ale także umożliwić wzrost kryształu wzdłuż określonej orientacji kryształu, co jest korzystne przy wytwarzaniu kryształów monokryształu. Jednocześnie może sprawić, że wzrost kryształów będzie bardziej jednolity, zmniejszyć wewnętrzne naprężenia i odkształcenia w krysztale oraz poprawić jakość kryształu.

4) Dobry proces wiązania kryształów nasion. Tylna strona kryształu zaszczepiającego rozkłada się i sublimuje w wysokiej temperaturze. Podczas wzrostu kryształów wewnątrz kryształu mogą tworzyć się sześciokątne puste przestrzenie, a nawet defekty mikrorurek, a w ciężkich przypadkach mogą powstawać kryształy polimorficzne o dużej powierzchni. Dlatego tylną stronę kryształu zaszczepiającego należy poddać wstępnej obróbce. Gęstą warstwę fotorezystu o grubości około 20 µm można nałożyć na powierzchnię Si kryształu zaszczepiającego. Po karbonizacji w wysokiej temperaturze około 600°C tworzy się gęsta zwęglona warstwa filmu. Następnie jest on łączony z płytką grafitową lub papierem grafitowym w wysokiej temperaturze i ciśnieniu. Otrzymany w ten sposób kryształ zaszczepiający może znacznie poprawić jakość krystalizacji i skutecznie hamować ablację tylnej strony kryształu zaszczepiającego.

5) Utrzymuj stabilność granicy wzrostu kryształów podczas cyklu wzrostu kryształów. W miarę stopniowego zwiększania grubości kryształów węglika krzemu granica wzrostu kryształów stopniowo przesuwa się w kierunku górnej powierzchni proszku węglika krzemu na dnie tygla. Powoduje to zmiany w środowisku wzrostu na granicy wzrostu kryształów, co prowadzi do wahań parametrów, takich jak pole termiczne i stosunek węgiel-krzem. Jednocześnie zmniejsza szybkość transportu materiału w atmosferze i spowalnia prędkość wzrostu kryształów, stwarzając ryzyko dla ciągłego i stabilnego wzrostu kryształu. Problemy te można w pewnym stopniu złagodzić poprzez optymalizację struktury i metod sterowania. Dodanie mechanizmu ruchu tygla i sterowanie tyglem tak, aby poruszał się powoli w górę wzdłuż kierunku osiowego z szybkością wzrostu kryształów, może zapewnić stabilność środowiska wzrostu na granicy wzrostu kryształów i utrzymać stabilny osiowy i promieniowy gradient temperatury.

Semicorex oferuje wysoką jakośćelementy grafitowedo wzrostu kryształów SiC. Jeśli masz jakiekolwiek pytania lub potrzebujesz dodatkowych szczegółów, nie wahaj się z nami skontaktować.

Numer telefonu kontaktowego +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com