Սիլիցիումի կարբիդի միաբյուրեղների աճեցման հիմնական մեթոդներն են՝ ֆիզիկական գոլորշու փոխադրումը (PVT), վերին ցանքսով լուծույթի աճեցումը (TSSG) և բարձր ջերմաստիճանում քիմիական գոլորշու նստեցումը (HT-CVD):

Դրանցից PVT մեթոդը դարձել է արդյունաբերական արտադրության հիմնական տեխնիկան՝ իր համեմատաբար պարզ սարքավորումների տեղադրման, շահագործման և կառավարման հեշտության, ինչպես նաև սարքավորումների և շահագործման ցածր ծախսերի շնորհիվ։

---

SiC բյուրեղների PVT մեթոդով աճեցման հիմնական տեխնիկական կետերը

Սիլիցիումի կարբիդի բյուրեղներ PVT մեթոդով աճեցնելու համար պետք է ուշադիր վերահսկվեն մի քանի տեխնիկական ասպեկտներ.

1. Գրաֆիտային նյութերի մաքրությունը ջերմային դաշտում
   Բյուրեղների աճեցման ջերմային դաշտում օգտագործվող գրաֆիտային նյութերը պետք է համապատասխանեն մաքրության խիստ պահանջներին: Գրաֆիտային բաղադրիչներում խառնուրդների պարունակությունը պետք է լինի 5×10⁻⁶-ից ցածր, իսկ մեկուսիչ թաղանթների համար՝ 10×10⁻⁶-ից ցածր: Մասնավորապես, բորի (B) և ալյումինի (Al) պարունակությունները պետք է լինեն 0.1×10⁻⁶-ից ցածր:

2. Սերմնային բյուրեղի ճիշտ բևեռականությունը
   Էմպիրիկ տվյալները ցույց են տալիս, որ C-մակերեսը (0001) հարմար է 4H-SiC բյուրեղների աճեցման համար, մինչդեռ Si-մակերեսը (0001)՝ 6H-SiC աճեցման համար։

3. Առանցքից դուրս սերմնային բյուրեղների օգտագործումը
   Առանցքից դուրս գտնվող սերմերը կարող են փոխել աճի համաչափությունը, նվազեցնել բյուրեղների արատները և նպաստել բյուրեղների որակի բարելավմանը։

4. Հուսալի սերմերի բյուրեղային կապման տեխնիկա
   Սերմի բյուրեղի և պահիչի միջև ճիշտ կապը կարևոր է աճի ընթացքում կայունության համար։

5. Աճի միջերեսի կայունության պահպանում
   Բյուրեղի աճի ողջ ցիկլի ընթացքում աճի միջերեսը պետք է մնա կայուն՝ բարձրորակ բյուրեղի զարգացումն ապահովելու համար։

 

---

SiC բյուրեղների աճեցման հիմնական տեխնոլոգիաները

1. SiC փոշու համար դոպինգի տեխնոլոգիա

SiC փոշու ցերիումով (Ce) հարստացումը կարող է կայունացնել մեկ պոլիտիպի, օրինակ՝ 4H-SiC-ի, աճը: Պրակտիկան ցույց է տվել, որ Ce-ի հարստացումը կարող է.

• Բարձրացնել SiC բյուրեղների աճի տեմպը։

• Բարելավել բյուրեղների կողմնորոշումը՝ ավելի միատարր և ուղղորդված աճի համար։

• Նվազեցնել աղտոտվածությունը և թերությունները;

• Ճնշել բյուրեղի հետևի կոռոզիան։

• Բարձրացնել միաբյուրեղային արտադրողականության մակարդակը։

2. Առանցքային և ճառագայթային ջերմային գրադիենտների կառավարում

Առանցքային ջերմաստիճանի գրադիենտները ազդում են բյուրեղային պոլիտիպի և աճի տեմպի վրա: Չափազանց փոքր գրադիենտը կարող է հանգեցնել պոլիտիպի ներառումների և գոլորշու փուլում նյութի տեղափոխման նվազման: Առանցքային և ճառագայթային գրադիենտների օպտիմալացումը կարևոր է բյուրեղների արագ և կայուն աճի համար՝ հաստատուն որակով:

3. Հիմքային հարթության դիսլոկացիայի (ԲՀԴ) կառավարման տեխնոլոգիա

ԲՊԴ-ները հիմնականում առաջանում են SiC բյուրեղներում կրիտիկական շեմը գերազանցող սղման լարման պատճառով, ակտիվացնելով սահող համակարգերը: Քանի որ ԲՊԴ-ները ուղղահայաց են աճի ուղղությանը, դրանք սովորաբար առաջանում են բյուրեղների աճի և սառեցման ընթացքում: Ներքին լարման նվազագույնի հասցնելը կարող է զգալիորեն նվազեցնել ԲՊԴ խտությունը:

4. Գոլորշիների փուլային կազմի հարաբերակցության վերահսկում

Գոլորշու փուլում ածխածնի և սիլիցիումի հարաբերակցության մեծացումը միապոլիտիպի աճը խթանելու ապացուցված մեթոդ է: Բարձր C/Si հարաբերակցությունը նվազեցնում է մակրոքայլային խմբավորումը և պահպանում է մակերեսային ժառանգականությունը սկզբնական բյուրեղից, այդպիսով կանխելով անցանկալի պոլիտիպերի ձևավորումը:

5. Ցածր սթրեսային աճի տեխնիկաներ

Բյուրեղների աճի ընթացքում առաջացող լարվածությունը կարող է հանգեցնել կոր ցանցային հարթությունների, ճաքերի և BPD խտության բարձրացման: Այս թերությունները կարող են տարածվել էպիտաքսիալ շերտերի վրա և բացասաբար ազդել սարքի աշխատանքի վրա:

Ներքին բյուրեղային լարվածությունը նվազեցնելու մի քանի ռազմավարություններ ներառում են.

• Ջերմային դաշտի բաշխման և գործընթացի պարամետրերի կարգավորում՝ գրեթե հավասարակշռված աճը խթանելու համար։

• Հալքանոթի դիզայնի օպտիմալացում՝ բյուրեղին ազատորեն աճեցնելու համար՝ առանց մեխանիկական խոչընդոտների։

• Սերմերի պահոցի կոնֆիգուրացիայի բարելավում՝ տաքացման ընթացքում սերմի և գրաֆիտի միջև ջերմային ընդարձակման անհամապատասխանությունը նվազեցնելու համար, հաճախ սերմի և պահոցի միջև 2 մմ բաց թողնելով։

• թրծման գործընթացների կատարելագործում, բյուրեղին վառարանի հետ միասին սառչելու հնարավորություն տալը, և ջերմաստիճանի ու տևողության կարգավորումը՝ ներքին լարվածությունը լիովին թեթևացնելու համար։

---

SiC բյուրեղների աճեցման տեխնոլոգիայի միտումները

1. Ավելի մեծ բյուրեղային չափսեր
SiC միաբյուրեղային տրամագծերը մի քանի միլիմետրից աճել են մինչև 6, 8 և նույնիսկ 12 դյույմանոց թիթեղներ: Ավելի մեծ թիթեղները բարձրացնում են արտադրության արդյունավետությունը և նվազեցնում ծախսերը՝ միաժամանակ բավարարելով բարձր հզորության սարքերի կիրառման պահանջները:

2. Բարձր բյուրեղային որակ
Բարձրորակ SiC բյուրեղները կարևոր են բարձր արդյունավետությամբ սարքերի համար: Չնայած զգալի բարելավումներին, ներկայիս բյուրեղները դեռևս ցուցաբերում են թերություններ, ինչպիսիք են միկրոխողովակները, տեղաշարժերը և խառնուրդները, որոնք բոլորը կարող են վատթարացնել սարքի աշխատանքը և հուսալիությունը:

3. Ծախսերի կրճատում
SiC բյուրեղների արտադրությունը դեռևս համեմատաբար թանկ է, ինչը սահմանափակում է լայն կիրառումը: Աճի օպտիմալացված գործընթացների, արտադրության արդյունավետության բարձրացման և հումքի ծախսերի իջեցման միջոցով ծախսերի կրճատումը կարևորագույն նշանակություն ունի շուկայական կիրառությունների ընդլայնման համար:

4. Խելացի արտադրություն
Արհեստական բանականության և մեծ տվյալների տեխնոլոգիաների զարգացման հետ մեկտեղ, SiC բյուրեղների աճը շարժվում է դեպի ինտելեկտուալ, ավտոմատացված գործընթացներ: Սենսորներն ու կառավարման համակարգերը կարող են վերահսկել և կարգավորել աճի պայմանները իրական ժամանակում՝ բարելավելով գործընթացի կայունությունը և կանխատեսելիությունը: Տվյալների վերլուծությունը կարող է հետագայում օպտիմալացնել գործընթացի պարամետրերը և բյուրեղների որակը:

Բարձրորակ SiC միաբյուրեղային աճեցման տեխնոլոգիայի մշակումը կիսահաղորդչային նյութերի հետազոտությունների հիմնական ուղղություններից է: Տեխնոլոգիայի զարգացմանը զուգընթաց, բյուրեղների աճեցման մեթոդները կշարունակեն զարգանալ և կատարելագործվել՝ ապահովելով ամուր հիմք SiC կիրառությունների համար բարձր ջերմաստիճանի, բարձր հաճախականության և բարձր հզորության էլեկտրոնային սարքերում: