Méthodes de préparation des monocristaux de SiC : focus sur la méthode PVT
Les principales méthodes de préparation des monocristaux de carbure de silicium (SiC) comprennent le transport physique en phase vapeur (PVT), la croissance par solution avec ensemencement supérieur (TSSG) et le dépôt chimique en phase vapeur à haute température (HT-CVD).
Parmi celles-ci, la méthode PVT est la plus largement adoptée dans la production industrielle en raison de la simplicité de son équipement, de sa facilité de contrôle, du coût relativement faible de l'équipement et des dépenses d'exploitation.
Technologies clés dans la croissance PVT des cristaux de SiC
Schéma de la structure de croissance PVT
Les considérations clés pour la croissance des cristaux de SiC en utilisant la méthode du transport physique en phase vapeur (PVT) comprennent :
Pureté des matériaux en graphite dans le champ thermique
La teneur en impuretés des pièces en graphite doit être inférieure à 5×10⁻⁶, et la teneur en impuretés dans le feutre isolant doit être inférieure à 10×10⁻⁶.
Les concentrations de bore (B) et d'aluminium (Al) doivent être inférieures à 0,1×10⁻⁶.
Sélection correcte de la polarité du cristal de semence
La face C (0001) est adaptée à la croissance des cristaux 4H-SiC.
La face Si (0001) est adaptée à la croissance des cristaux 6H-SiC.
Utilisation de cristaux de semence hors axe
Les semences hors axe modifient la symétrie de croissance et aident à réduire la formation de défauts dans le cristal.
Bon processus de liaison des cristaux de semence
Assure la stabilité mécanique et l'uniformité pendant le processus de croissance.
Interface de croissance stable pendant le processus
Le maintien d'une interface solide-gaz stable est crucial pour la formation de cristaux de haute qualité.
Technologies critiques pour la croissance des cristaux de SiC
Technologie de dopage dans la poudre de SiC
Le dopage au cérium (Ce) dans la poudre source favorise la croissance stable des cristaux 4H-SiC monophasés.
Les avantages incluent une augmentation du taux de croissance, une amélioration du contrôle de l'orientation, une réduction des impuretés et des défauts, ainsi qu'une amélioration de la stabilité monophasée et de la qualité des cristaux.
Il aide également à supprimer l'érosion du dos et améliore la monocristallinité.
Contrôle des gradients thermiques axiaux et radiaux
Le gradient thermique axial affecte la stabilité des polytypes et l'efficacité de la croissance.
De faibles gradients peuvent entraîner des polytypes indésirables et une réduction du transport de matière.
Des gradients axiaux et radiaux appropriés assurent une croissance rapide et une qualité de cristal stable.
Contrôle des dislocations du plan basal (BPD)
Les BPD sont causées par une contrainte de cisaillement dépassant la contrainte de cisaillement critique du SiC.
Ces défauts se forment pendant les étapes de croissance et de refroidissement en raison de l'activation du système de glissement.
La réduction des contraintes internes minimise la formation de BPD.
Contrôle du rapport de composition de la phase gazeuse
Un rapport carbone/silicium plus élevé dans la phase gazeuse aide à supprimer la conversion des polytypes.
Il réduit le grand empilement de marches, maintient les informations de la surface de croissance et améliore la stabilité des polytypes.
Contrôle de la croissance à faible contrainte
Les contraintes internes entraînent une flexion du réseau, des fissures du cristal et une augmentation des BPD, ce qui a un impact négatif sur l'épitaxie et les performances des dispositifs.
Les principales stratégies de réduction des contraintes comprennent :
- L'optimisation du champ thermique et des paramètres de processus pour se rapprocher de la croissance à l'équilibre.
- La refonte de la structure du creuset pour permettre la dilatation libre du cristal.
- L'ajustement des méthodes de liaison des semences, par exemple, en laissant un espace de 2 mm entre la semence et le support en graphite pour tenir compte des différences de dilatation thermique.
- Le contrôle du recuit post-croissance, y compris le refroidissement in situ du four et les paramètres de recuit optimisés pour libérer les contraintes résiduelles.
Tendances de développement de la technologie de croissance des cristaux de SiC
À l'avenir, la croissance de monocristaux de SiC de haute qualité progressera dans les directions suivantes :
Taille de plaquette plus grande
Le diamètre des plaquettes de SiC est passé de quelques millimètres à 6 pouces, 8 pouces, et même 12 pouces.
Les plaquettes plus grandes améliorent l'efficacité de la production, réduisent les coûts et répondent aux exigences des dispositifs haute puissance.
Qualité supérieure
Bien que la qualité des cristaux de SiC se soit considérablement améliorée, des défauts tels que les micropipes, les dislocations et les impuretés persistent.
L'élimination de ces défauts est essentielle pour garantir les performances et la fiabilité des dispositifs.
Coût inférieur
Le coût élevé actuel des cristaux de SiC limite leur adoption généralisée.
Des réductions de coûts peuvent être obtenues grâce à l'optimisation des processus, à l'amélioration de l'efficacité et à des matières premières moins chères.
Conclusion :
La croissance de monocristaux de SiC de haute qualité est un domaine clé de la recherche sur les matériaux semi-conducteurs. Grâce aux progrès technologiques continus, les techniques de croissance des cristaux de SiC évolueront davantage, jetant ainsi des bases solides pour son application dans l'électronique haute température, haute fréquence et haute puissance.
Nos produits :
Votre message doit contenir entre 20 et 3 000 caractères!