Struktur a Wuesstumstechnologie vu Siliziumkarbid (Ⅱ)

Véierten, Physikalesch Damp Transfer Method

Physical Vapor Transport (PVT) Method staamt aus der Dampphase Sublimatiounstechnologie erfonnt vu Lely am Joer 1955. De SiC-Pulver gëtt an e Grafit-Röhre plazéiert an op héich Temperatur erhëtzt fir de SiC-Pulver ze zersetzen an ze subliméieren, an dann gëtt d'Graphit-Röhre ofgekillt.No der Zersetzung vum SiC-Pulver ginn d'Dampphasekomponenten deposéiert a kristalliséiert an SiC-Kristalle ronderëm de Grafitröhr.Och wann dës Method schwéier ass fir grouss Gréisst SiC Eenkristallen ze kréien, an den Oflagerungsprozess am Grafitröhre schwéier ze kontrolléieren ass, bitt et Iddie fir spéider Fuerscher.
Ym Terairov et al.a Russland agefouert d'Konzept vun Som Kristalle op dëser Basis, an geléist de Problem vun onkontrollabel Kristallsglas produzéiert an nucleation Positioun vun SiC Kristaller.Spéider Fuerscher hunn weider verbessert a schliisslech entwéckelt d'Physical Gas Phase Transport (PVT) Method am industrielle Gebrauch haut.

Als déi fréist SiC Kristallwachstumsmethod, ass kierperlech Damptransfermethod déi meescht Mainstream Wuesstumsmethod fir SiC Kristallwachstum.Am Verglach mat anere Methoden, huet d'Method niddereg Ufuerderunge fir Wuesstem Equipement, einfach Wuesstem Prozess, staark controllability, grëndlech Entwécklung a Fuerschung, an huet industriell Applikatioun realiséiert.D'Struktur vum Kristall gewuess vun der aktueller Mainstream PVT Method gëtt an der Figur gewisen.

Déi axial a radial Temperaturfelder kënne kontrolléiert ginn andeems d'extern thermesch Isolatiounsbedéngungen vun der Graphit-Kraaft kontrolléiert ginn.De SiC-Pulver gëtt um Enn vun der Graphit-Kraaft mat enger méi héijer Temperatur plazéiert, an de SiC-Seed-Kristall ass um Top vun der Grafit-Kräiz mat enger méi niddereger Temperatur fixéiert.D'Distanz tëscht dem Pudder an dem Som gëtt allgemeng kontrolléiert fir zéng Millimeter ze sinn fir de Kontakt tëscht dem wuessenden Eenkristall an dem Pudder ze vermeiden.Den Temperaturgradient ass normalerweis am Beräich vun 15-35 ℃ / cm.En Inertgas vu 50-5000 Pa gëtt am Uewen gehal fir d'Konvektioun ze erhéijen.Op dës Manéier, nodeems de SiC-Pulver op 2000-2500 ℃ erhëtzt gëtt duerch Induktiounsheizung, wäert de SiC-Pulver subliméieren an zersetzen an Si, Si2C, SiC2 an aner Dampkomponenten, a mat Gaskonvektioun an d'Saatend transportéiert ginn, an de SiC Kristall gëtt um Somkristall kristalliséiert fir eenzel Kristallwachstum z'erreechen.Seng typesch Wuesstem Taux ass 0,1-2mm / h.

PVT Prozess konzentréiert sech op d'Kontroll vun Wuesstem Temperatur, Temperaturgradient, Wuesstem Uewerfläch, Material Uewerfläch Abstand a Wuesstem Drock, säi Virdeel ass, datt säi Prozess relativ reift ass, Matière première sinn einfach ze produzéieren, d'Käschte sinn niddereg, mä de Wuesstem Prozess vun PVT Method ass schwéier ze beobachten, Kristallwachstumsrate vun 0.2-0.4mm / h, et ass schwéier Kristalle mat grousser Dicke ze wuessen (> 50mm).No Joerzéngte vu kontinuéierlechen Efforten ass den aktuelle Maart fir SiC Substratwafere mat der PVT Method ugebaut ganz enorm, an den alljährlechen Output vu SiC Substratwafere kann Honnerte vun Dausende vu Wafere erreechen, a seng Gréisst ännert sech graduell vu 4 Zoll op 6 Zoll. , an huet 8 Zoll vun SiC Substrat Echantillon entwéckelt.

 

Fënneften,Héichtemperatur chemesch Dampdepositiounsmethod

 

High Temperature Chemical Vapor Deposition (HTCVD) ass eng verbessert Method baséiert op Chemical Vapor Deposition (CVD).D'Method gouf fir d'éischt am Joer 1995 vun Korina et al., Linkoping University, Schweden proposéiert.
De Wuesstumsstrukturdiagramm gëtt an der Figur gewisen:

Déi axial a radial Temperaturfelder kënne kontrolléiert ginn andeems d'extern thermesch Isolatiounsbedéngungen vun der Graphit-Kraaft kontrolléiert ginn.De SiC-Pulver gëtt um Enn vun der Graphit-Kraaft mat enger méi héijer Temperatur plazéiert, an de SiC-Seed-Kristall ass um Top vun der Grafit-Kräiz mat enger méi niddereger Temperatur fixéiert.D'Distanz tëscht dem Pudder an dem Som gëtt allgemeng kontrolléiert fir zéng Millimeter ze sinn fir de Kontakt tëscht dem wuessenden Eenkristall an dem Pudder ze vermeiden.Den Temperaturgradient ass normalerweis am Beräich vun 15-35 ℃ / cm.En Inertgas vu 50-5000 Pa gëtt am Uewen gehal fir d'Konvektioun ze erhéijen.Op dës Manéier, nodeems de SiC-Pulver op 2000-2500 ℃ erhëtzt gëtt duerch Induktiounsheizung, wäert de SiC-Pulver subliméieren an zersetzen an Si, Si2C, SiC2 an aner Dampkomponenten, a mat Gaskonvektioun an d'Saatend transportéiert ginn, an de SiC Kristall gëtt um Somkristall kristalliséiert fir eenzel Kristallwachstum z'erreechen.Seng typesch Wuesstem Taux ass 0,1-2mm / h.

PVT Prozess konzentréiert sech op d'Kontroll vun Wuesstem Temperatur, Temperaturgradient, Wuesstem Uewerfläch, Material Uewerfläch Abstand a Wuesstem Drock, säi Virdeel ass, datt säi Prozess relativ reift ass, Matière première sinn einfach ze produzéieren, d'Käschte sinn niddereg, mä de Wuesstem Prozess vun PVT Method ass schwéier ze beobachten, Kristallwachstumsrate vun 0.2-0.4mm / h, et ass schwéier Kristalle mat grousser Dicke ze wuessen (> 50mm).No Joerzéngte vu kontinuéierlechen Efforten ass den aktuelle Maart fir SiC Substratwafere mat der PVT Method ugebaut ganz enorm, an den alljährlechen Output vu SiC Substratwafere kann Honnerte vun Dausende vu Wafere erreechen, a seng Gréisst ännert sech graduell vu 4 Zoll op 6 Zoll. , an huet 8 Zoll vun SiC Substrat Echantillon entwéckelt.

 

Fënneften,Héichtemperatur chemesch Dampdepositiounsmethod

 

High Temperature Chemical Vapor Deposition (HTCVD) ass eng verbessert Method baséiert op Chemical Vapor Deposition (CVD).D'Method gouf fir d'éischt am Joer 1995 vun Korina et al., Linkoping University, Schweden proposéiert.
De Wuesstumsstrukturdiagramm gëtt an der Figur gewisen:

Wann de SiC Kristall duerch Flëssegphase Methode ugebaut gëtt, ginn d'Temperatur an d'Konvektiounsverdeelung an der Hëllefsléisung an der Figur gewisen:

Et kann gesi ginn datt d'Temperatur no bei der Crucible Mauer an der Hëllefsléisung méi héich ass, während d'Temperatur um Somkristall méi niddereg ass.Wärend dem Wuesstumsprozess liwwert d'Graphit-Kräiz C Quell fir Kristallwachstum.Well d'Temperatur op der Kräizwand héich ass, d'Léisbarkeet vu C grouss ass, an d'Opléisungsquote séier ass, gëtt eng grouss Quantitéit vu C an der Crucible Mauer opgeléist fir eng gesättegt Léisung vu C ze bilden. Dës Léisunge mat enger grousser Quantitéit vun C opgeléist gëtt an den ënneschten Deel vun de Som Kristalle vun Konvektioun bannent der Hëllef Léisung transportéiert ginn.Wéinst der niddereger Temperatur vum Somkristallend fällt d'Léisbarkeet vum entspriechende C entspriechend erof, an déi ursprénglech C-gesättegt Léisung gëtt eng iwwersaturéiert Léisung vu C nodeems se an de nidderegen Temperaturen Enn ënner dëser Bedingung transferéiert ginn.Suprataturéiert C a Léisung kombinéiert mat Si an Hilfsléisung kann SiC Kristall epitaxial op Somkristall wuessen.Wann de superforéierten Deel vu C ausfällt, geet d'Léisung zréck an d'Héichtemperatur Enn vun der Kreeswand mat Konvektioun, a léist C erëm op fir eng gesättegt Léisung ze bilden.

De ganze Prozess widderhëlt sech, an de SiC Kristall wächst.Am Prozess vu Flëssegkeetsphase Wuesstum ass d'Opléisung an d'Nidderschlag vu C an der Léisung e ganz wichtege Index vum Wuesstums Fortschrëtt.Fir e stabile Kristallwachstum ze garantéieren, ass et noutwendeg fir e Gläichgewiicht tëscht der Opléisung vum C an der Crèchemauer an dem Nidderschlag um Som Enn ze halen.Wann d'Opléisung vu C méi grouss ass wéi d'Nidderschlag vu C, da gëtt de C am Kristall graduell beräichert, a spontan Nukleatioun vu SiC wäert optrieden.Wann d'Opléisung vum C manner ass wéi d'Nidderschlag vu C, gëtt de Kristallwuesstum schwéier auszeféieren wéinst dem Mangel u Solut.
Zur selwechter Zäit beaflosst den Transport vu C duerch Konvektioun och d'Versuergung vu C beim Wuesstum.Fir SiC Kristalle mat gudder genuch Kristallqualitéit a genuch Dicke ze wuessen, ass et néideg d'Gläichgewiicht vun den uewe genannten dräi Elementer ze garantéieren, wat d'Schwieregkeet vum SiC Flëssegphase Wuesstum staark erhéicht.Wéi och ëmmer, mat der gradueller Verbesserung an der Verbesserung vun verwandte Theorien an Technologien, wäerten d'Virdeeler vum flëssege Phase Wuesstum vu SiC Kristalle graduell weisen.
Am Moment kann de Liquidphase Wuesstum vun 2-Zoll SiC-Kristalle a Japan erreecht ginn, an de Liquidphase-Wuesstum vu 4-Zoll-Kristalle gëtt och entwéckelt.Am Moment huet déi zoustänneg Hausfuerschung keng gutt Resultater gesinn, an et ass néideg fir déi relevant Fuerschungsaarbecht ze verfollegen.

 

Siwenten, Physikalesch a chemesch Eegeschafte vu SiC Kristalle

 

(1) Mechanesch Eegeschaften: SiC Kristalle hunn extrem héich Härtheet a gutt Verschleißbeständegkeet.Seng Mohs-Härheet ass tëscht 9.2 an 9.3, a seng Krit-Härheet ass tëscht 2900 an 3100Kg/mm2, wat zweet nëmmen un Diamantkristallen ënner Materialien déi entdeckt goufen.Wéinst den exzellente mechanesche Eegeschafte vu SiC gëtt SiC Pulver dacks an der Schneide- oder Schleifindustrie benotzt, mat enger jährlecher Nofro vu bis zu Millioune Tonnen.Déi verschleißbeständeg Beschichtung op e puer Werkstécker wäert och SiC Beschichtung benotzen, zum Beispill, d'verschleißbeständeg Beschichtung op e puer Krichsschëffer besteet aus SiC Beschichtung.

(2) Thermesch Eegeschaften: Wärmeleitung vu SiC kann 3-5 W/cm·K erreechen, wat 3 Mol déi vum traditionelle Hallefleiter Si an 8 Mol dee vu GaAs ass.D'Hëtztproduktioun vum Apparat, dee vu SiC virbereet ass, ka séier ofgeleet ginn, sou datt d'Ufuerderunge vun den Wärmevergëftungsbedéngungen vum SiC-Apparat relativ locker sinn, an et ass méi gëeegent fir d'Virbereedung vun High-Power-Geräter.SiC huet stabil thermodynamesch Eegeschaften.Ënner normalen Drockbedéngungen gëtt SiC direkt an Damp zerstéiert mat Si a C op méi héich.

(3) Chemesch Eegeschaften: SiC huet stabil chemesch Eegeschaften, gutt Korrosiounsbeständegkeet, a reagéiert net mat enger bekannter Säure bei Raumtemperatur.SiC, déi fir eng laang Zäit an der Loft plazéiert ass, wäert lues a lues eng dënn Schicht vun dichten SiO2 bilden, wat weider Oxidatiounsreaktiounen verhënnert.Wann d'Temperatur op méi wéi 1700 ℃ eropgeet, schmëlzt d'SiO2 dënn Schicht an oxidéiert séier.SiC kann eng lues Oxidatiounsreaktioun mat geschmolten Oxidanten oder Basen ënnergoen, a SiC Wafere ginn normalerweis a geschmollte KOH an Na2O2 korrodéiert fir d'Dislokatioun a SiC Kristalle ze charakteriséieren.

(4) Elektresch Eegeschaften: SiC als representativ Material vu breet Bandgap Hallefleit, 6H-SiC an 4H-SiC Bandgap Breet sinn 3,0 eV respektiv 3,2 eV, wat 3 Mol dat vu Si an 2 Mol dat vu GaAs ass.Hallefleitgeräter aus SiC hu méi kleng Leckstroum a méi grousst Decompte elektrescht Feld, sou datt SiC als idealt Material fir High-Power Geräter ugesi gëtt.Déi gesättegt Elektronemobilitéit vu SiC ass och 2 Mol méi héich wéi déi vu Si, an et huet och offensichtlech Virdeeler bei der Virbereedung vun Héichfrequenzapparater.P-Typ SiC Kristalle oder N-Typ SiC Kristalle kënne kritt ginn andeems d'Gëftstoffatome an de Kristalle dotéiert ginn.Am Moment sinn P-Typ SiC Kristalle haaptsächlech dotéiert vun Al, B, Be, O, Ga, Sc an aner Atomer, an N-Typ Sic Kristalle ginn haaptsächlech vun N Atomer dotéiert.Den Ënnerscheed vun der Dopingkonzentratioun an der Aart wäert e groussen Impakt op d'physikalesch a chemesch Eegeschafte vu SiC hunn.Zur selwechter Zäit kann de fräien Träger duerch den déiwe Niveau Doping wéi V, d'Resistivitéit erhéicht ginn, an de semi-isoléierende SiC-Kristall ka kritt ginn.

(5) Optesch Eegeschaften: Wéinst der relativ breet Bandspalt ass den ongedopte SiC Kristall faarweg an transparent.Déi dotéiert SiC-Kristalle weisen duerch hir verschidden Eegeschafte verschidde Faarwen, zum Beispill, 6H-SiC ass gréng no Doping N;4H-SiC ass brong.15R-SiC ass giel.Dotéiert mat Al, 4H-SiC schéngt blo.Et ass eng intuitiv Method fir SiC Kristallstyp z'ënnerscheeden andeems Dir den Ënnerscheed vu Faarf beobachtet.Mat der kontinuéierlecher Fuerschung iwwer SiC-relatéierte Felder an de leschten 20 Joer sinn grouss Duerchbréch a verbonne Technologien gemaach ginn.

 

Aachten,Aféierung vun SiC Entwécklung Status

Am Moment ass d'SiC Industrie ëmmer méi perfekt ginn, vu Substratwafers, Epitaxialwafers bis Geräterproduktioun, Verpakung, déi ganz Industriekette ass ausgerechent, an et kann SiC-verbonne Produkter um Maart liwweren.

Cree ass e Leader an der SiC Kristallwachstumsindustrie mat enger féierender Positioun a béid Gréisst a Qualitéit vu SiC Substratwafers.Cree produzéiert de Moment 300.000 SiC Substratchips pro Joer, déi méi wéi 80% vun de weltwäite Sendungen ausmaachen.

Am September 2019 huet Cree ugekënnegt datt et eng nei Ariichtung am New York State, USA wäert bauen, déi déi fortgeschratt Technologie benotzt fir 200 mm Duerchmiesser Kraaft an RF SiC Substratwafers ze wuessen, wat beweist datt seng 200 mm SiC Substratmaterial Virbereedung Technologie huet méi reift ginn.

Am Moment sinn d'Mainstream Produkter vu SiC Substratchips um Maart haaptsächlech 4H-SiC an 6H-SiC konduktiv an semi-isoléiert Aarte vun 2-6 Zoll.
Am Oktober 2015 war Cree déi éischt fir 200 mm SiC Substratwafere fir N-Typ a LED ze lancéieren, wat den Ufank vun den 8-Zoll SiC Substratwafers op de Maart markéiert.
Am 2016 huet Romm ugefaang d'Venturi-Team ze sponseren a war déi éischt fir d'IGBT + SiC SBD Kombinatioun am Auto ze benotzen fir d'IGBT + Si FRD Léisung am traditionellen 200 kW Inverter ze ersetzen.No der Verbesserung gëtt d'Gewiicht vum Inverter ëm 2 kg reduzéiert an d'Gréisst gëtt ëm 19% reduzéiert an d'selwecht Kraaft behalen.

Am 2017, no der weiderer Adoptioun vu SiC MOS + SiC SBD, gëtt net nëmmen d'Gewiicht ëm 6 kg reduzéiert, d'Gréisst gëtt ëm 43% reduzéiert, an d'Inverterkraaft gëtt och vun 200 kW op 220 kW erhéicht.
Nodeems Tesla SIC-baséiert Geräter an den Haaptdrive Inverter vu senge Model 3 Produkter am Joer 2018 ugeholl huet, gouf den Demonstratiounseffekt séier verstäerkt, sou datt den xEV Automobilmarkt geschwënn eng Quell vun Opreegung fir de SiC Maart mécht.Mat der erfollegräicher Uwendung vu SiC ass säi verwandte Maartoutputwäert och séier eropgaang.

Néngten,Conclusioun:

Mat der kontinuéierlecher Verbesserung vu SiC-relatéierten Industrietechnologien, wäert seng Ausbezuelung an Zouverlässegkeet weider verbessert ginn, de Präis vu SiC-Geräter gëtt och reduzéiert, an d'Maartkompetitivitéit vu SiC wäert méi offensichtlech sinn.An Zukunft wäerte SiC Geräter méi wäit a verschiddene Beräicher benotzt ginn wéi Autoen, Kommunikatiounen, Stroumnetz, an Transport, an de Produktmaart wäert méi breet sinn, an d'Maartgréisst wäert weider ausgebaut ginn, eng wichteg Ënnerstëtzung fir d'national ginn. Wirtschaft.