고품질 크리스탈 성장을 달성하는 방법? -SIC 결정 성장 용광로

1. 실리콘 카바이드 결정 성장 용광로의 기본 원리는 무엇입니까?

실리콘 카바이드 결정 성장 용광로의 작동 원리는 물리적 승화 (PVT)입니다. PVT 방법은 고순도 SIC 단결정을 성장시키는 가장 효율적인 방법 중 하나입니다. 열, 대기 및 성장 파라미터의 정확한 제어를 통해 실리콘 카바이드 크리스탈 성장 용광로는 고온에서 안정적으로 작동하여 승화, 기상 투과 및 축합 결정화 공정을 완료 할 수 있습니다.sic 파우더.

1.1 성장 용광로의 작업 원리

● PVT 방법

PVT 방법의 핵심은 실리콘 카바이드 분말을 고온에서 기체 성분으로 승화시키고 가스 상 전송을 통해 종자 결정에 응축하여 단결정 구조를 형성하는 것입니다. 이 방법은 고순도, 대형 결정을 준비하는 데 상당한 이점이 있습니다.

● 결정 성장의 기본 과정

sublimation: Crucible의 SIC 분말은 2000 년 이상의 고온에서 Si, C2 및 SIC2와 같은 기체 성분으로 승화됩니다.

✔ 운송: 열 구배의 작용 하에서, 기체 성분은 고온 구역 (분말 구역)에서 저온 구역 (시드 결정 표면)으로 전달된다.

✔ 축합 결정화: 휘발성 성분은 종자 결정 표면을 침전시키고 격자 방향을 따라 자라서 단결정을 형성합니다.

1.2 결정 성장의 특정 원리

실리콘 카바이드 결정의 성장 공정은 3 단계로 나뉘며, 이는 서로 밀접하게 연결되어 있으며 결정의 최종 품질에 영향을 미칩니다.

siC 파우더 승화: 고온 조건에서, 고체 SIC (실리콘 카바이드)는 기체 실리콘 (SI) 및 기체 탄소 (C)로 승화되며 반응은 다음과 같습니다.

sic (s) → si (g) + c (g)

휘발성 기체 성분을 생성하기위한보다 복잡한 2 차 반응 (예 : SIC2). 고온은 승화 반응을 촉진하는 데 필요한 조건입니다.

✔ 기체 상 수송: 기체 성분은 도가니의 승화 구역에서 온도 구배의 구동 하에서 시드 영역으로 전송됩니다. 가스 흐름의 안정성은 증착의 균일 성을 결정합니다.

✔ 축합 결정화: 낮은 온도에서, 휘발성 기체 성분은 종자 결정의 표면과 결합되어 고체 결정을 형성한다. 이 과정은 열역학 및 결정학의 복잡한 메커니즘을 포함합니다.

1.3 실리콘 카바이드 결정 성장에 대한 주요 매개 변수

고품질 SIC 결정은 다음 매개 변수의 정확한 제어가 필요합니다.

✔ 온도: 분말의 완전한 분해를 보장하기 위해 승화 구역은 2000 ℃ 이상으로 유지되어야한다. 종자 구역의 온도는 1600-1800 ℃로 제어되어 중간 정도의 증착 속도를 보장한다.

✔ 압력 : PVT 성장은 일반적으로 가스 상 수송의 안정성을 유지하기 위해 10-20 Torr의 저압 환경에서 수행됩니다. 고압이 높거나 낮은 압력은 너무 빠른 결정 성장 속도 또는 결함 증가로 이어질 것입니다.

✔ 대기: 반응 과정에서 불순물 오염을 피하기 위해 고온 아르곤을 캐리어 가스로 사용하십시오. 대기의 순도는 결정 결함의 억제에 중요합니다.

✔ 시간: 결정 성장 시간은 일반적으로 균일 한 성장과 적절한 두께를 달성하기 위해 최대 수십 시간입니다.

2. 실리콘 카바이드 결정 성장 용광로의 구조는 무엇입니까?

실리콘 카바이드 결정 성장 용광로의 구조 최적화는 주로 고온 가열, 대기 제어, 온도 필드 설계 및 모니터링 시스템에 중점을 둡니다.

2.1 성장 용광로의 주요 구성 요소

● 고온 가열 시스템

✔ 저항 가열 : 고온 저항 와이어 (예 : 몰리브덴, 텅스텐)를 사용하여 열 에너지를 직접 제공하십시오. 장점은 고온 제어 정확도이지만 수명은 고온에서 제한됩니다.

✔ 유도 가열 : 에디 전류 가열은 도가니에서 유도 코일을 통해 생성됩니다. 고효율과 비접촉의 장점은 있지만 장비 비용은 비교적 높습니다.

● 흑연 도가니 및 기질 종자 스테이션

High-Purity Graphite Crucible은 고온 안정성을 보장합니다.

종자 스테이션의 설계는 공기 흐름 균일 성과 열전도율을 모두 고려해야합니다.

● 대기 제어 장치

pruction 고급 가스 전달 시스템과 반응 환경의 순도 및 안정성을 보장하기위한 압력 조절 밸브가 장착되었습니다.

● 온도 현장 균일 성 설계

crucible 도가니 벽 두께, 가열 요소 분포 및 열 차폐 구조를 최적화함으로써 온도 필드의 균일 한 분포가 달성되어 열 응력이 결정에 미치는 영향을 줄입니다.

2.2 온도 필드 및 열 구배 설계

✔ 온도 균일 성의 중요성: 고르지 않은 온도 장은 결정 내부의 다른 국소 성장률과 결함으로 이어질 것입니다. 환형 대칭 설계 및 열 차폐 최적화를 통해 온도 필드의 균일 성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

✔ 열 구배의 정확한 제어: 히터의 전력 분포를 조정하고 열 방패를 사용하여 다른 영역을 분리하여 온도 차이를 줄입니다. 열 구배는 결정 두께 및 표면 품질에 직접적인 영향을 미칩니다.

2.3 결정 성장 공정 모니터링 시스템

✔ 온도 모니터링: 광섬유 온도 센서를 사용하여 승화 구역 및 시드 영역의 실시간 온도를 모니터링하십시오. 데이터 피드백 시스템은 가열력을 자동으로 조정할 수 있습니다.

✔ 성장률 모니터링: 레이저 간섭계를 사용하여 결정 표면의 성장 속도를 측정하십시오. 모니터링 데이터와 모델링 알고리즘을 결합하여 프로세스를 동적으로 최적화합니다.

3. 실리콘 카바이드 결정 성장 용광로의 기술적 어려움은 무엇입니까?

실리콘 카바이드 결정 성장 용광로의 기술 병목 현상은 주로 고온 물질, 온도 전계 제어, 결함 억제 및 크기 확장에 집중됩니다.

3.1 고온 물질의 선택 및 도전

석묵매우 높은 온도에서 쉽게 산화됩니다SIC 코팅산화 저항성을 향상시키기 위해 추가해야합니다. 코팅의 품질은 용광로의 수명에 직접적인 영향을 미칩니다.

가열 요소 수명 및 온도 제한. 고온 저항 전선은 피로 저항성이 높아야합니다. 유도 난방 장비는 코일 열 소산 설계를 최적화해야합니다.

3.2 온도 및 열 장의 정확한 제어

불균일 한 열 장의 영향으로 인해 스태킹 결함과 탈구가 증가 할 것입니다. 퍼니스 열 필드 시뮬레이션 모델은 사전에 문제를 감지하기 위해 최적화되어야합니다.

고온 모니터링 장비의 신뢰성. 고온 센서는 방사선 및 열 충격에 저항해야합니다.

3.3 결정 결함의 제어

스태킹 결함, 탈구 및 다형성 하이브리드가 주요 결함 유형입니다. 열 장과 대기를 최적화하면 결함 밀도를 줄이는 데 도움이됩니다.

불순물 소스의 통제. 고급 재료의 사용과 용광로의 밀봉은 불순물 억제에 중요합니다.

3.4 대형 크리스탈 성장의 도전

크기 확장에 대한 열 전계 균일 성 요구 사항. 결정 크기가 4 인치에서 8 인치로 확장되면 온도 전계 균일 성 설계를 완전히 업그레이드해야합니다.

균열 및 뒤틀리는 문제에 대한 해결책. 열 응력 구배를 줄임으로써 결정 변형을 줄입니다.

4. 고품질 SIC 결정을 재배하기위한 원료는 무엇입니까?

Vetek 반도체는 새로운 SIC 단결정 원료를 개발했습니다.고순도 CVD SIC 원료. 이 제품은 국내 격차를 메우고 전 세계적으로 주요 수준에 있으며 경쟁에서 장기적인 선두 자리에있을 것입니다. 전통적인 실리콘 카바이드 원료는 고급 실리콘 및 흑연의 반응에 의해 생성되며, 이는 비용이 높고 순도가 낮고 크기가 작습니다.

Vetek 반도체의 유동층 기술은 메틸 트리클로로 실란을 사용하여 화학 기상 증착을 통해 실리콘 카바이드 원료를 생성하며 주요 부산물은 염산입니다. 염산은 알칼리로 중화하여 염을 형성 할 수 있으며 환경에 대한 오염을 유발하지 않습니다. 

동시에, Methyltrichlorosilane은 저렴한 비용과 넓은 공급원을 가진 널리 사용되는 산업 가스이며, 특히 중국은 메틸 트리클로로 실란의 주요 생산자입니다. 따라서 Vetek 반도체의 고순도CVD SIC 원료고순도 CVD SIC 원료의 순도는 99.9995%보다 높습니다.

✔ 큰 크기와 고밀도: 평균 입자 크기는 약 4-10mm이고 국내 아케슨 원료의 입자 크기는 <2.5mm입니다. 동일한 부피 도가니는 1.5kg 이상의 원료를 보유 할 수 있으며, 이는 대형 결정 성장 재료의 불충분 한 공급 문제를 해결하고 원료의 흑연을 완화시키고 탄소 포장을 감소시키고 결정 품질을 향상시키는 데 도움이됩니다.

SI/C 비율이 낮습니다: 자체 추적 방법의 Acheson 원자재보다 1 : 1에 가깝습니다. 이는 Si 부분 압력의 증가에 의해 유도 된 결함을 감소시킬 수 있습니다.

✔ 높은 출력 값: 성장한 원료는 여전히 프로토 타입을 유지하고, 재결정화를 줄이고, 원료의 흑연화를 줄이며, 탄소 포장 결함을 줄이며, 결정의 품질을 향상시킵니다.

✔ 더 높은 순도: CVD 방법에 의해 생성 된 원료의 순도는 자체 프로파제 방법의 Acheson 원자재의 순도보다 높다. 질소 함량은 추가 정제없이 0.09ppm에 도달했습니다. 이 원료는 또한 반 줄화 필드에서 중요한 역할을 할 수 있습니다.

✔ 저렴한 비용: 균일 한 증발 속도는 공정 및 제품 품질 관리를 용이하게하는 한편, 원료의 활용률 (활용률> 50%, 4.5kg 원자재는 3.5kg 잉곳을 생산 함)을 개선하여 비용을 절감합니다.

✔ 낮은 인간 오류율: 화학 증기 증착은 인간 작동에 의해 도입 된 불순물을 피합니다.