Кремний карбидының структурасы һәм үсеш технологиясе (Ⅱ)

Дүртенче, Физик парны күчерү ысулы

Физик парны ташу (ПВТ) ысулы 1955-нче елда Лели уйлап тапкан пар фазасы сублимация технологиясеннән барлыкка килгән. SiC порошогы графит трубасына урнаштырылган һәм SiC порошогын таркату һәм сублиматлаштыру өчен югары температурада җылытыла, аннары графит трубасы суытыла. SiC порошогы бозылганнан соң, пар фазасы компонентлары графит трубасы тирәсендә SiC кристаллларына кертелә һәм кристалллана. Бу ысул зур күләмле SiC бер кристалл алу авыр булса да, графит трубасында чүпләү процессын контрольдә тоту авыр булса да, ул киләсе тикшерүчеләр өчен идеялар бирә.
Йм Терайров һ.б. Россиядә орлык кристаллары төшенчәсен кертте, һәм SiC кристаллларының контрольсез кристалл формасы һәм нуклеяция торышы проблемасын чиште. Соңгы тикшерүчеләр яхшыруны дәвам иттеләр һәм ахыр чиктә сәнәгатьтә куллануда физик газ фазасы транспортын (ПВТ) эшләделәр.

SiC кристаллының иң эре үсеш ысулы буларак, физик парларны күчерү ысулы SiC кристаллының үсеше өчен иң төп үсеш ысулы. Башка ысуллар белән чагыштырганда, метод үсеш җиһазларына, гади үсеш процессына, көчле контрольлеккә, җентекле үсеш һәм тикшеренүләргә түбән таләпләргә ия, һәм сәнәгать кулланылышын тормышка ашырды. Хәзерге төп ПВТ ысулы белән үскән кристалл структурасы рәсемдә күрсәтелгән.

Оксаль һәм радиаль температура кырлары графитның тышкы җылылык изоляция шартларын контрольдә тотып контрольдә тотыла ала. SiC порошогы югары температура белән критик критның төбенә куелган, һәм SiC орлык кристалллары түбән температура белән критик графитның өске өлешенә куелган. Порошок белән орлык арасы, гадәттә, үскән бер кристалл белән порошок арасындагы бәйләнешне булдырмас өчен, дистәләрчә миллиметр булырга тиеш. Температура градиенты гадәттә 15-35 ℃ / см диапазонында. Конвекцияне арттыру өчен мичтә 50-5000 Па инерт газы саклана. Шул рәвешле, SiC порошогы 2000-2500 to индукцион җылыту белән җылытылганнан соң, SiC порошогы сублиматлашачак һәм Si, Si2C, SiC2 һәм башка пар компонентларына таркалачак, һәм газ конвекциясе белән орлык очына китереләчәк, һәм. SiC кристалл орлык кристаллында кристаллланган, бер кристалл үсешенә ирешү өчен. Аның типик үсеш темплары - 0,1-2 мм / с.

ПВТ процессы үсеш температурасын, температура градиентын, үсеш өслеген, материаль өслек араларын һәм үсеш басымын контрольдә тота, аның өстенлеге шунда: аның процессы чагыштырмача җитлеккән, чимал җитештерү җиңел, бәясе аз, ләкин үсеш процессы ПВТ ысулын күзәтү кыен, кристаллның үсеш темплары 0,2-0,4 мм / с, зур калынлыктагы кристаллларны үстерү авыр (> 50 мм). Дистә еллар дәвамында өзлексез тырышлыклардан соң, PVT ысулы белән үстерелгән SiC субстрат ваферлары өчен хәзерге базар бик зур булды, һәм SiC субстрат вафларының еллык чыгарылышы йөзләрчә мең ваферларга җитә ала, һәм аның күләме әкренләп 4 дюймнан 6 дюймга үзгәрә. , һәм 8 дюйм SiC субстрат үрнәкләрен эшләде.

 

Бишенче,Chemicalгары температуралы химик парны чүпләү ысулы

 

Chemicalгары температуралы химик пар парламенты (HTCVD) - химик пар парламенты (CVD) нигезендә камилләштерелгән ысул. Бу ысул беренче тапкыр 1995-нче елда Кордина һ.б., Линкопинг Университеты, Швеция тарафыннан тәкъдим ителгән.
Structureсеш структурасы схемасы рәсемдә күрсәтелгән:

Оксаль һәм радиаль температура кырлары графитның тышкы җылылык изоляция шартларын контрольдә тотып контрольдә тотыла ала. SiC порошогы югары температура белән критик критның төбенә куелган, һәм SiC орлык кристалллары түбән температура белән критик графитның өске өлешенә куелган. Порошок белән орлык арасы, гадәттә, үскән бер кристалл белән порошок арасындагы бәйләнешне булдырмас өчен, дистәләрчә миллиметр булырга тиеш. Температура градиенты гадәттә 15-35 ℃ / см диапазонында. Конвекцияне арттыру өчен мичтә 50-5000 Па инерт газы саклана. Шул рәвешле, SiC порошогы 2000-2500 to индукцион җылыту белән җылытылганнан соң, SiC порошогы сублиматлашачак һәм Si, Si2C, SiC2 һәм башка пар компонентларына таркалачак, һәм газ конвекциясе белән орлык очына китереләчәк, һәм. SiC кристалл орлык кристаллында кристаллланган, бер кристалл үсешенә ирешү өчен. Аның типик үсеш темплары - 0,1-2 мм / с.

ПВТ процессы үсеш температурасын, температура градиентын, үсеш өслеген, материаль өслек араларын һәм үсеш басымын контрольдә тота, аның өстенлеге шунда: аның процессы чагыштырмача җитлеккән, чимал җитештерү җиңел, бәясе аз, ләкин үсеш процессы ПВТ ысулын күзәтү кыен, кристаллның үсеш темплары 0,2-0,4 мм / с, зур калынлыктагы кристаллларны үстерү авыр (> 50 мм). Дистә еллар дәвамында өзлексез тырышлыклардан соң, PVT ысулы белән үстерелгән SiC субстрат ваферлары өчен хәзерге базар бик зур булды, һәм SiC субстрат вафларының еллык чыгарылышы йөзләрчә мең ваферларга җитә ала, һәм аның күләме әкренләп 4 дюймнан 6 дюймга үзгәрә. , һәм 8 дюйм SiC субстрат үрнәкләрен эшләде.

 

Бишенче,Chemicalгары температуралы химик парны чүпләү ысулы

 

Chemicalгары температуралы химик пар парламенты (HTCVD) - химик пар парламенты (CVD) нигезендә камилләштерелгән ысул. Бу ысул беренче тапкыр 1995-нче елда Кордина һ.б., Линкопинг Университеты, Швеция тарафыннан тәкъдим ителгән.
Structureсеш структурасы схемасы рәсемдә күрсәтелгән:

SiC кристалл сыек фаза ысулы белән үскәч, ярдәмче эремә эчендә температура һәм конвекция бүленеше рәсемдә күрсәтелгән:

Күрергә була, ярдәмче эремәдәге мөһим дивар янындагы температура югарырак, орлык кристаллындагы температура түбәнрәк. Processсеш процессында кристалл кристалл үсеше өчен C чыганагын тәэмин итә. Мөһим дивардагы температура югары булганлыктан, Сның эрүчәнлеге зур, һәм таркалу тизлеге бик зур, Сның туенган эремәсен формалаштыру өчен, бик күп С критик диварда эреп бетәчәк. Бу чишелешләр зур күләмдә С эретелгән С орлык кристалларының аскы өлешенә ярдәмче эремә эчендә конвекция ярдәмендә җибәреләчәк. Орлык кристалл очының түбән температурасы аркасында, тиешле Сның эрүчәнлеге тиешенчә кими, һәм оригиналь C-туендырылган эремә бу шартларда түбән температураның ахырына күчерелгәннән соң C суперсатуратланган эремәсенә әверелә. Супрататуратланган С эремәсендә Si белән кушылып, орлык кристаллында SiC кристалл эпитаксиалы үсә ала. Сның өстән ясалган өлеше явым-төшем беткәч, эремә конвекция белән критик диварның югары температурасына кайта, һәм туенган эремә формалаштыру өчен Сны эретә.

Бөтен процесс кабатлана, һәм SiC кристалл үсә. Сыек фаза үсеш процессында С эремәсендә эретү һәм явым-төшем үсеш үсешенең бик мөһим индексы булып тора. Кристаллның тотрыклы үсешен тәэмин итү өчен, критик стенада С эрүе һәм орлык очындагы явым-төшем арасында баланс сакларга кирәк. Әгәр дә С эрү C явым-төшеменнән зуррак булса, кристаллдагы С әкренләп баетыла, һәм SiC-ның үз-үзеннән ясалуы барлыкка киләчәк. Әгәр дә С эрү C явым-төшеменнән азрак булса, кристалл үсешен эретү булмау аркасында башкару кыен булачак.
Шул ук вакытта, Сны конвекция белән ташу үсеш вакытында С тәэмин итүенә дә тәэсир итә. SiC кристалларын яхшы кристалл сыйфаты һәм җитәрлек калынлыгы белән үстерү өчен, югарыдагы өч элементның балансын тәэмин итәргә кирәк, бу SiC сыек фаза үсешенең кыенлыгын арттыра. Ләкин, теорияләрне һәм технологияләрне әкренләп камилләштерү һәм камилләштерү белән, SiC кристаллларының сыек фаза үсешенең өстенлекләре әкренләп күрсәтеләчәк.
Хәзерге вакытта Япониядә 2 дюймлы SiC кристаллларының сыек фаза үсешенә ирешергә мөмкин, һәм 4 дюймлы кристаллларның сыек фаза үсеше дә эшләнә. Хәзерге вакытта тиешле эчке тикшеренүләр яхшы нәтиҗәләр күрмәде, һәм тиешле тикшеренү эшләрен дәвам итәргә кирәк.

 

Sevenиденче, SiC кристаллларының физик һәм химик үзлекләре

 

(1) Механик үзлекләр: SiC кристаллары бик каты һәм яхшы киемгә каршы торалар. Аның Mohs катылыгы 9.2 белән 9.3 арасында, һәм Крит катылыгы 2900 - 3100Кг / мм2 арасында, ул ачылган материаллар арасында бриллиант кристаллыннан соң икенче урында. SiC-ның искиткеч механик үзлекләре аркасында, SiC порошогы кисү яки тарту тармагында еш кулланыла, ел саен миллионлаган тоннага кадәр сорау белән. Кайбер эш кисәкләрендә киемгә чыдам каплау шулай ук ​​SiC каплавын кулланачак, мәсәлән, кайбер сугыш корабларында киемгә чыдам каплау SiC каплаудан тора.

. SiC әзерләгән җайланманың җылылык җитештерүе тиз арада алып кителергә мөмкин, шуңа күрә SiC җайланмасының җылылык тарату шартлары таләпләре чагыштырмача йомшак, һәм ул югары көчле җайланмалар әзерләү өчен кулайрак. SiC тотрыклы термодинамик үзлекләргә ия. Нормаль басым шартларында SiC турыдан-туры Si һәм C булган парларга таркалачак.

(3) Химик үзлекләр: SiC тотрыклы химик үзлекләргә, яхшы коррозиягә каршы, һәм бүлмә температурасында билгеле кислота белән реакция итми. Озак вакыт һавага урнаштырылган SiC әкрен генә тыгыз SiO2 катламын барлыкка китерәчәк, алга таба оксидлашу реакцияләрен булдырмый. Температура 1700 thanдан артканда, SiO2 нечкә катламы тиз эри һәм оксидлаша. SiC эретелгән оксидантлар яки нигезләр белән әкрен оксидлашу реакциясен кичерә ала, һәм SiC ваферлары гадәттә эретелгән KOH һәм Na2O2 белән коррозияләнә, SiC кристаллларында урнашуны характерлый..

(4) Электр үзлекләре: SiC киң полосалы ярымүткәргечләрнең вәкиллекле материалы буларак, 6H-SiC һәм 4H-SiC полоса киңлеге тиешенчә 3.0 eV һәм 3,2 eV, бу Siныкыннан 3 тапкыр һәм GaAларныкыннан 2 тапкыр. SiCдан ясалган ярымүткәргеч җайланмалар кечерәк агып торган токка һәм зуррак ватылу электр кырына ия, шуңа күрә SiC югары көчле җайланмалар өчен идеаль материал булып санала. SiC-ның туенган электрон хәрәкәте Si белән чагыштырганда 2 тапкырга югарырак, һәм ул шулай ук ​​югары ешлыклы җайланмалар әзерләүдә ачык өстенлекләргә ия. P тибындагы SiC кристаллары яки N тибындагы SiC кристаллары кристаллдагы пычрак атомнарны допинг ярдәмендә алырга мөмкин. Хәзерге вакытта P тибындагы SiC кристаллары, нигездә, Al, B, Be, O, Ga, Sc һәм башка атомнар белән, һәм N тибындагы кристалллар нигездә N атомнары белән допедланган. Допинг концентрациясенең һәм төренең аермасы SiC физик һәм химик үзлекләренә зур йогынты ясаячак. Шул ук вакытта, ирекле ташучы V кебек тирән дәрәҗәдәге допинг белән кадакланырга мөмкин, каршылык көчәя һәм ярым изоляцион SiC кристаллын алырга мөмкин.

(5) Оптик үзлекләр: чагыштырмача киң диапазон аермасы аркасында, ачылмаган SiC кристалл төссез һәм үтә күренмәле. Күчерелгән SiC кристаллары төрле төсләр аркасында төрле төсләр күрсәтәләр, мәсәлән, 6H-SiC N допингыннан соң яшел; 4H-SiC коңгырт. 15R-SiC сары. Al, 4H-SiC зәңгәр төстә күренә. Бу төс аермасын күзәтеп SiC кристалл төрен аеру өчен интуитив ысул. Соңгы 20 елда SiC белән бәйле өлкәләрдә өзлексез тикшеренүләр үткәрү белән, технологияләрдә зур уңышларга ирешелде.

 

Сигезенче,SiC үсеш статусын кертү

Хәзерге вакытта SiC индустриясе көннән-көн камилләште, субстрат ваферлардан, эпитаксиаль ваферлардан алып җайланмалар җитештерүгә, төрү әйберләренә кадәр, бөтен сәнәгать чылбыры өлгерде, һәм ул SiC белән бәйле продуктларны базарга китерә ала.

Кри SiC кристалл үсеш индустриясендә лидер, SiC субстрат ваферларының зурлыгында да, сыйфатында да әйдәп баручы. Кри хәзерге вакытта елына 300,000 SiC субстрат чип җитештерә, бу дөнья җибәрүнең 80% тан артыгын тәшкил итә.

2019 елның сентябрендә Кри Нью-Йорк штатында (АКШ) яңа корылма төзиячәген игълан итте, ул 200 мм диаметр көчен һәм RF SiC субстрат вафаларын үстерү өчен иң алдынгы технологияне кулланачак, бу аның 200 мм SiC субстрат материал әзерләү технологиясенең барлыгын күрсәтә. җитлеккән бул.

Хәзерге вакытта базардагы SiC субстрат чипларының төп продуктлары, нигездә, 4H-SiC һәм 6H-SiC үткәргеч һәм ярым изоляцияләнгән 2-6 дюйм.
2015 елның октябрендә Кри беренче булып N-тип һәм LED өчен 200 мм SiC субстрат вафер җибәрде, бу 8 дюймлы SiC субстрат ваферларының базарга чыгуын күрсәтә.
2016-нчы елда Ромм Вентури командасына иганәчелек итә башлады һәм традицион 200 кВт инвертерда IGBT + Si FRD эремәсен алыштыру өчен машинада IGBT + SiC SBD комбинациясен беренче булып кулланды. Яхшыртылганнан соң, инвертерның авырлыгы 2 кг киметелә, шул ук көчен саклап калганда, зурлыгы 19% ка кими.

2017-нче елда, SiC MOS + SiC SBD кабул ителгәннән соң, авырлык 6 кг гына түгел, зурлыгы 43% ка киметелә, һәм инвертер көче 200 кВттан 220 кВтка кадәр күтәрелә.
Тесла 2018-нче елда Model 3 продуктларының төп диск инвертерларында SIC нигезендәге җайланмаларны кабул иткәннән соң, күрсәтү эффекты тиз көчәйтелде, тиздән xEV автомобиль базары SiC базары өчен дулкынлану чыганагы булды. SiC-ны уңышлы куллану белән, аның базар бәясе дә тиз күтәрелде.

Тугызынчы,Йомгаклау:

SiC белән бәйле сәнәгать технологияләрен өзлексез камилләштерү белән, аның уңышы һәм ышанычлылыгы тагын да яхшырачак, SiC җайланмаларының бәясе дә төшәчәк, һәм SiC базар көндәшлелеге тагын да ачык күренәчәк. Киләчәктә SiC җайланмалары автомобильләр, элемтә, электр челтәрләре, транспорт кебек төрле өлкәләрдә киң кулланылачак, һәм продукт базары киңәячәк, базар күләме тагын да киңәячәк, ил өчен мөһим таяныч булачак. икътисад.