सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल ग्रोथ भट्टियों की चुनौतियां

The क्रिस्टल वृद्धि भट्टीसिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल बढ़ने के लिए मुख्य उपकरण है, पारंपरिक सिलिकॉन क्रिस्टल विकास भट्टियों के साथ समानताएं साझा करते हैं। भट्ठी संरचना अत्यधिक जटिल नहीं है, मुख्य रूप से भट्ठी शरीर, हीटिंग सिस्टम, कॉइल ड्राइव तंत्र, वैक्यूम अधिग्रहण और माप प्रणाली, गैस आपूर्ति प्रणाली, शीतलन प्रणाली और नियंत्रण प्रणाली से मिलकर। भट्ठी के भीतर थर्मल क्षेत्र और प्रक्रिया की स्थिति सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल की गुणवत्ता, आकार और विद्युत चालकता जैसे महत्वपूर्ण मापदंडों को निर्धारित करती है।

Silicon Carbide sic crystal growth furnace

एक तरफ, सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल विकास के दौरान तापमान बहुत अधिक है और वास्तविक समय में निगरानी नहीं की जा सकती है, इसलिए प्राथमिक चुनौतियां इस प्रक्रिया में ही हैं।मुख्य चुनौतियां इस प्रकार हैं:

(1) थर्मल फील्ड कंट्रोल में कठिनाई: एक सील उच्च तापमान कक्ष में निगरानी चुनौतीपूर्ण और बेकाबू है। पारंपरिक सिलिकॉन-आधारित समाधान-आधारित डायरेक्ट-पुल क्रिस्टल ग्रोथ उपकरण के विपरीत, जिसमें उच्च स्वचालन स्तर होता है और अवलोकन योग्य और समायोज्य विकास प्रक्रियाओं के लिए अनुमति देता है, सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल 2,000 ° C से ऊपर एक सील किए गए उच्च तापमान वातावरण में बढ़ते हैं, और उत्पादन के दौरान सटीक तापमान नियंत्रण की आवश्यकता होती है, जिससे तापमान नियंत्रण अत्यधिक चुनौतीपूर्ण हो जाता है;

(२) क्रिस्टल संरचना नियंत्रण चुनौतियों: विकास प्रक्रिया में माइक्रोट्यूब, पॉलीमॉर्फिक इंक्लूज़ेशन और डिस्लोकेशन जैसे दोषों का खतरा होता है, जो एक दूसरे के साथ बातचीत और विकसित होते हैं।

माइक्रोट्यूब (एमपी) कई माइक्रोमीटर से लेकर दसियों माइक्रोमीटर तक के आकार में-प्रकार के दोषों के माध्यम से हैं, और उपकरणों के लिए हत्यारा दोष माना जाता है; सिलिकॉन कार्बाइड एकल क्रिस्टल में 200 से अधिक विभिन्न क्रिस्टल संरचनाएं शामिल हैं, लेकिन केवल कुछ क्रिस्टल संरचनाएं (4h प्रकार) उत्पादन के लिए अर्धचालक सामग्री के रूप में उपयुक्त हैं। विकास के दौरान क्रिस्टल संरचना परिवर्तन से पॉलीमॉर्फिक अशुद्धता दोष हो सकता है, इसलिए सिलिकॉन-टू-कार्बन अनुपात, विकास तापमान ढाल, क्रिस्टल विकास दर, और गैस प्रवाह/दबाव मापदंडों का सटीक नियंत्रण आवश्यक है;

इसके अतिरिक्त, सिलिकॉन कार्बाइड सिंगल क्रिस्टल ग्रोथ के दौरान थर्मल क्षेत्र में तापमान ग्रेडिएंट प्राथमिक आंतरिक तनावों और प्रेरित दोषों जैसे कि अव्यवस्था (बेसल प्लेन डिस्लोकेशन बीपीडी, ट्विस्ट डिस्लोकेशन टीएसडी, और एज डिस्लोकेशन टेड) में प्रेरित दोषों में होता है, जो बाद के एपिटैक्सियल परत और उपकरणों की गुणवत्ता और प्रदर्शन को प्रभावित करता है।

(3) डोपिंग नियंत्रण में कठिनाई: बाहरी अशुद्धियों को प्रत्यक्ष रूप से डोप किए गए प्रवाहकीय क्रिस्टल प्राप्त करने के लिए सख्ती से नियंत्रित किया जाना चाहिए;

(४) धीमी वृद्धि दर: सिलिकॉन कार्बाइड की क्रिस्टल विकास दर बेहद धीमी है। जबकि पारंपरिक सिलिकॉन सामग्री केवल 3 दिनों में एक क्रिस्टल रॉड बना सकती है, सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल रॉड्स को 7 दिनों की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप स्वाभाविक रूप से कम उत्पादन दक्षता और गंभीर रूप से सीमित उत्पादन होता है।

दूसरी ओर, के लिए पैरामीटरसिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सियल ग्रोथबेहद कठोर हैं, जिसमें उपकरण सीलिंग प्रदर्शन, प्रतिक्रिया कक्ष दबाव स्थिरता, गैस परिचय समय का सटीक नियंत्रण, सटीक गैस अनुपात और बयान तापमान के सख्त प्रबंधन शामिल हैं। विशेष रूप से डिवाइस वोल्टेज रेटिंग के रूप में, कोर एपिटैक्सियल वेफर मापदंडों को नियंत्रित करने की कठिनाई काफी बढ़ जाती है। इसके अतिरिक्त, जैसे -जैसे एपिटैक्सियल परत की मोटाई बढ़ती जाती है, मोटाई बनाए रखते हुए एक समान प्रतिरोधकता सुनिश्चित करना और दोष घनत्व को कम करना एक और बड़ी चुनौती बन गया है।

विद्युत नियंत्रण प्रणाली में, सेंसर और एक्ट्यूएटर्स के उच्च-सटीक एकीकरण को यह सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है कि सभी मापदंडों को सटीक और स्थिर रूप से विनियमित किया जाए। नियंत्रण एल्गोरिदम का अनुकूलन भी महत्वपूर्ण है, क्योंकि उन्हें सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सियल ग्रोथ प्रक्रिया के दौरान विभिन्न परिवर्तनों के अनुकूल होने के लिए प्रतिक्रिया संकेतों के आधार पर वास्तविक समय में नियंत्रण रणनीतियों को समायोजित करने में सक्षम होना चाहिए।

SIC सब्सट्रेट विनिर्माण में प्रमुख चुनौतियां:

The crystal growth furnace is the core equipment for SiC crystal growth

आपूर्ति पक्ष से, के लिएSic क्रिस्टल विकास भट्टियां, लंबे उपकरण प्रमाणन चक्र, स्विचिंग आपूर्तिकर्ताओं से जुड़ी उच्च लागत, और स्थिरता जोखिम जैसे कारकों के कारण, घरेलू आपूर्तिकर्ताओं ने अभी तक अंतरराष्ट्रीय मुख्यधारा के एसआईसी निर्माताओं को उपकरणों की आपूर्ति की है। उनमें, वोल्फस्पीड, सुसंगत, और आरओएचएम जैसे अंतरराष्ट्रीय अग्रणी सिलिकॉन कार्बाइड निर्माता मुख्य रूप से क्रिस्टल ग्रोथ उपकरण का उपयोग करते हैं और इन-हाउस में विकसित और उत्पादन करते हैं, जबकि अन्य अंतरराष्ट्रीय मुख्यधारा सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट निर्माता मुख्य रूप से जर्मन पीवीए टीपीएलए और जापानी निसिन किकाई कंपनी से क्रिस्टल विकास उपकरण खरीदते हैं।