Silisyum tek kristal hazırlamanın başlıca yöntemleri şunlardır: Fiziksel Buhar Taşıma (PVT), Üstten Tohumlu Çözelti Büyümesi (TSSG) ve Yüksek Sıcaklıkta Kimyasal Buhar Biriktirme (HT-CVD). Bunlar arasında PVT yöntemi, basit ekipmanı, kolay kontrolü ve düşük ekipman ve işletme maliyetleri nedeniyle endüstriyel üretimde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Silisyum Karbür Kristallerinin PVT Büyümesi için Temel Teknik Noktalar
Fiziksel Buhar Taşıma (PVT) yöntemi kullanılarak silisyum karbür kristalleri yetiştirilirken aşağıdaki teknik hususlar dikkate alınmalıdır:
- Büyüme Odasındaki Grafit Malzemelerin Saflığı: Grafit bileşenlerindeki safsızlık oranı 5×10⁻⁶'nin altında, yalıtım keçesindeki safsızlık oranı ise 10×10⁻⁶'nin altında olmalıdır. B ve Al gibi elementler 0,1×10⁻⁶'nin altında tutulmalıdır.
- Doğru Tohum Kristal Polaritesi Seçimi: Deneysel çalışmalar, C (0001) yüzünün 4H-SiC kristallerini büyütmek için uygun olduğunu, Si (0001) yüzünün ise 6H-SiC kristallerini büyütmek için kullanıldığını göstermektedir.
- Eksen Dışı Tohum Kristallerinin Kullanımı: Eksen dışı tohum kristalleri, kristal büyümesinin simetrisini değiştirebilir ve kristaldeki kusurları azaltabilir.
- Yüksek Kaliteli Tohum Kristal Bağlama İşlemi.
- Büyüme Döngüsü Sırasında Kristal Büyüme Arayüzünün Stabilitesinin Korunması.
Silisyum Karbür Kristal Büyümesi için Temel Teknolojiler
- Silisyum Karbür Tozu için Doping Teknolojisi
Silisyum karbür tozuna uygun miktarda Ce eklenmesi, 4H-SiC tek kristallerinin büyümesini stabilize edebilir. Pratik sonuçlar, Ce eklenmesinin şunları sağlayabileceğini göstermektedir:
- Silisyum karbür kristallerinin büyüme hızını arttırır.
- Kristal büyümesinin yönelimini kontrol ederek daha düzgün ve düzenli hale getirin.
- Safsızlık oluşumunu baskılayarak kusurları azaltır ve tek kristalli ve yüksek kaliteli kristallerin üretimini kolaylaştırır.
- Kristalin arka yüzey korozyonunu engeller ve tek kristal verimini artırır.
- Eksenel ve Radyal Sıcaklık Gradyan Kontrol Teknolojisi
Eksenel sıcaklık gradyanı, kristal büyüme türünü ve verimliliğini öncelikle etkiler. Aşırı küçük bir sıcaklık gradyanı, polikristalin oluşumuna yol açabilir ve büyüme oranlarını düşürebilir. Uygun eksenel ve radyal sıcaklık gradyanları, istikrarlı kristal kalitesini korurken hızlı SiC kristal büyümesini kolaylaştırır. - Bazal Düzlem Çıkığı (BPD) Kontrol Teknolojisi
BPD kusurları, esas olarak kristaldeki kayma geriliminin SiC'nin kritik kayma gerilimini aşması ve kayma sistemlerini aktive etmesiyle ortaya çıkar. BPD'ler kristal büyüme yönüne dik olduğundan, esas olarak kristal büyümesi ve soğuması sırasında oluşurlar. - Buhar Fazı Kompozisyon Oranı Ayarlama Teknolojisi
Büyüme ortamında karbon-silisyum oranını artırmak, tek kristal büyümesini stabilize etmek için etkili bir önlemdir. Daha yüksek bir karbon-silisyum oranı, büyük adımlı kümelenmeyi azaltır, tohum kristal yüzey büyüme bilgisini korur ve politip oluşumunu baskılar. - Düşük Stres Kontrol Teknolojisi
Kristal büyümesi sırasında oluşan stres, kristal düzlemlerinin bükülmesine ve dolayısıyla düşük kristal kalitesine, hatta çatlamalara yol açabilir. Yüksek stres ayrıca bazal düzlem çıkıklıklarını da artırarak epitaksiyel katman kalitesini ve cihaz performansını olumsuz etkileyebilir.
6 inçlik SiC gofret tarama görüntüsü
Kristallerdeki Stresi Azaltma Yöntemleri:
- SiC tek kristallerinin dengeye yakın büyümesini sağlamak için sıcaklık alanı dağılımını ve işlem parametrelerini ayarlayın.
- Minimum kısıtlamalarla serbest kristal büyümesine izin verecek şekilde pota yapısını optimize edin.
- Tohum kristali ile grafit tutucu arasındaki termal genleşme uyumsuzluğunu azaltmak için tohum kristali sabitleme tekniklerini değiştirin. Yaygın bir yaklaşım, tohum kristali ile grafit tutucu arasında 2 mm boşluk bırakmaktır.
- Yerinde fırın tavlama uygulayarak, tavlama sıcaklığını ve süresini ayarlayarak iç gerilimi tamamen serbest bırakarak tavlama işlemlerini iyileştirin.
Silisyum Karbür Kristal Büyüme Teknolojisindeki Gelecekteki Trendler
İleriye bakıldığında, yüksek kaliteli SiC tek kristal hazırlama teknolojisi aşağıdaki yönlerde gelişecektir:
- Büyük Ölçekli Büyüme
Silisyum karbür tek kristallerinin çapı birkaç milimetreden 6 inç, 8 inç ve hatta daha büyük 12 inç boyutlarına kadar değişmiştir. Büyük çaplı SiC kristalleri üretim verimliliğini artırır, maliyetleri düşürür ve yüksek güçlü cihazların taleplerini karşılar. - Yüksek Kaliteli Büyüme
Yüksek performanslı cihazlar için yüksek kaliteli SiC tek kristalleri olmazsa olmazdır. Önemli ilerlemeler kaydedilmiş olsa da, mikro borular, çıkıklar ve safsızlıklar gibi kusurlar hâlâ mevcut olup, cihaz performansını ve güvenilirliğini etkilemektedir. - Maliyet Azaltma
SiC kristal hazırlamanın yüksek maliyeti, belirli alanlardaki uygulamasını sınırlamaktadır. Büyüme süreçlerinin optimize edilmesi, üretim verimliliğinin artırılması ve hammadde maliyetlerinin düşürülmesi, üretim giderlerinin düşürülmesine yardımcı olabilir. - Akıllı Büyüme
Yapay zeka ve büyük veri alanındaki gelişmelerle birlikte, SiC kristal büyütme teknolojisi giderek daha akıllı çözümler benimseyecektir. Sensörler ve otomatik sistemler kullanılarak gerçek zamanlı izleme ve kontrol, proses kararlılığını ve kontrol edilebilirliğini artıracaktır. Ayrıca, büyük veri analitiği, büyüme parametrelerini optimize ederek kristal kalitesini ve üretim verimliliğini artırabilir.
Yüksek kaliteli silisyum karbür tek kristal hazırlama teknolojisi, yarı iletken malzeme araştırmalarının temel odak noktalarından biridir. Teknoloji ilerledikçe, SiC kristal büyütme teknikleri de gelişmeye devam edecek ve yüksek sıcaklık, yüksek frekans ve yüksek güç alanlarındaki uygulamalar için sağlam bir temel sağlayacaktır.
Gönderi zamanı: 25 Temmuz 2025