Silisium karbid tək kristallarının yetişdirilməsinin əsas üsullarına Fiziki Buxar Nəqli (PVT), Üst Toxumlu Məhlul Böyüməsi (TSSG) və Yüksək Temperaturlu Kimyəvi Buxar Çökməsi (HT-CVD) daxildir.

Bunlar arasında, PVT metodu nisbətən sadə avadanlıq quruluşu, istismar və idarəetmə asanlığı, eləcə də daha aşağı avadanlıq və istismar xərcləri səbəbindən sənaye istehsalı üçün əsas texnika halına gəlmişdir.

---

PVT metodundan istifadə edərək SiC kristallarının böyüməsinin əsas texniki məqamları

PVT metodundan istifadə edərək silikon karbid kristallarını yetişdirmək üçün bir neçə texniki aspekt diqqətlə nəzarət edilməlidir:

1. İstilik Sahəsində Qrafit Materiallarının Saflığı
   Kristal böyümə istilik sahəsində istifadə olunan qrafit materialları ciddi təmizlik tələblərinə cavab verməlidir. Qrafit komponentlərindəki aşqar miqdarı 5×10⁻⁶-dən, izolyasiya keçələrində isə 10×10⁻⁶-dən aşağı olmalıdır. Xüsusilə, bor (B) və alüminiumun (Al) tərkibi 0,1×10⁻⁶-dən aşağı olmalıdır.

2. Toxum Kristalının Düzgün Polaritesi
   Empirik məlumatlar göstərir ki, C-üz (0001) 4H-SiC kristallarının yetişdirilməsi üçün, Si-üz (0001) isə 6H-SiC böyüməsi üçün uyğundur.

3. Oxdan Kənar Toxum Kristallarının İstifadəsi
   Oxdan kənar toxumlar böyümə simmetriyasını dəyişdirə, kristal qüsurlarını azalda və kristal keyfiyyətini artıra bilər.

4. Etibarlı Toxum Kristal Bağlama Texnikası
   Toxum kristalı ilə tutucu arasında düzgün əlaqə böyümə zamanı sabitlik üçün vacibdir.

5. Böyümə İnterfeysinin Sabitliyinin Qorunması
   Bütün kristal böyümə dövrü ərzində yüksək keyfiyyətli kristal inkişafını təmin etmək üçün böyümə interfeysi sabit qalmalıdır.

 

---

SiC Kristal Böyüməsində Əsas Texnologiyalar

1. SiC Tozu üçün Dopinq Texnologiyası

SiC tozunun serium (Ce) ilə aşqarlanması 4H-SiC kimi tək bir politipin böyüməsini sabitləşdirə bilər. Təcrübə göstərir ki, Ce aşqarlanması aşağıdakıları edə bilər:

• SiC kristallarının böyümə sürətini artırın;

• Daha vahid və istiqamətli böyümə üçün kristal istiqamətini təkmilləşdirin;

• Çirkləri və qüsurları azaltmaq;

• Kristalın arxa korroziyasını yatırın;

• Tək kristalların məhsuldarlıq sürətini artırın.

2. Aksial və Radial Termal Qradiyentlərin İdarə Edilməsi

Ox temperatur qradiyentləri kristalın politipinə və böyümə sürətinə təsir göstərir. Çox kiçik bir qradiyent politip daxilolmalarına və buxar fazasında material daşınmasının azalmasına səbəb ola bilər. Həm ox, həm də radial qradiyentlərin optimallaşdırılması, sabit keyfiyyətlə sürətli və sabit kristal böyüməsi üçün vacibdir.

3. Bazal Müstəvi Çıxışı (BMÇ) Nəzarət Texnologiyası

BPD-lər əsasən SiC kristallarında kəsmə gərginliyinin kritik həddi aşması və sürüşmə sistemlərini aktivləşdirməsi nəticəsində əmələ gəlir. BPD-lər böyümə istiqamətinə perpendikulyar olduğundan, onlar adətən kristalların böyüməsi və soyuması zamanı yaranır. Daxili gərginliyin minimuma endirilməsi BPD sıxlığını əhəmiyyətli dərəcədə azalda bilər.

4. Buxar Fazası Tərkib Nisbətinə Nəzarət

Buxar fazasında karbon-silikon nisbətinin artırılması tək politip böyüməsini təşviq etmək üçün sübut edilmiş bir üsuldur. Yüksək C/Si nisbəti makropilmə dəstələrini azaldır və toxum kristalından səth mirasını saxlayır və beləliklə, arzuolunmaz politiplərin əmələ gəlməsini dayandırır.

5. Aşağı Stressli Böyümə Texnikaları

Kristal böyüməsi zamanı yaranan gərginlik əyri qəfəs müstəvilərinə, çatlara və daha yüksək BPD sıxlığına səbəb ola bilər. Bu qüsurlar epitaksial təbəqələrə keçə və cihazın işinə mənfi təsir göstərə bilər.

Daxili kristal stressini azaltmaq üçün bir neçə strategiyaya aşağıdakılar daxildir:

• Tarazlığa yaxın böyüməni təşviq etmək üçün istilik sahəsinin paylanmasının və proses parametrlərinin tənzimlənməsi;

• Kristalın mexaniki məhdudiyyət olmadan sərbəst böyüməsinə imkan vermək üçün potolok dizaynının optimallaşdırılması;

• Qızdırma zamanı toxum və qrafit arasındakı istilik genişlənməsi uyğunsuzluğunu azaltmaq üçün toxum tutucusunun konfiqurasiyasını təkmilləşdirmək, tez-tez toxum və tutucu arasında 2 mm boşluq qoymaqla;

• Tavlama proseslərinin təmizlənməsi, kristalın soba ilə birlikdə soyumasına icazə verilməsi və daxili gərginliyi tamamilə aradan qaldırmaq üçün temperatur və müddəti tənzimləmək.

---

SiC Kristal Böyümə Texnologiyasındakı Trendlər

1. Daha böyük kristal ölçüləri
SiC tək kristallarının diametrləri cəmi bir neçə millimetrdən 6, 8 və hətta 12 düymlük lövhələrə qədər artmışdır. Daha böyük lövhələr istehsal səmərəliliyini artırır və xərcləri azaldır, eyni zamanda yüksək güclü cihaz tətbiqlərinin tələblərini ödəyir.

2. Daha Yüksək Kristal Keyfiyyəti
Yüksək keyfiyyətli SiC kristalları yüksək performanslı cihazlar üçün vacibdir. Əhəmiyyətli irəliləyişlərə baxmayaraq, mövcud kristallar hələ də mikroborular, çıxıqlar və çirklər kimi qüsurlar nümayiş etdirir ki, bunların hamısı cihazın performansını və etibarlılığını aşağı sala bilər.

3. Xərclərin azaldılması
SiC kristallarının istehsalı hələ də nisbətən bahadır və bu da daha geniş tətbiqi məhdudlaşdırır. Optimallaşdırılmış böyümə prosesləri vasitəsilə xərclərin azaldılması, istehsal səmərəliliyinin artırılması və xammal xərclərinin azaldılması bazar tətbiqlərinin genişləndirilməsi üçün çox vacibdir.

4. Ağıllı İstehsalat
Süni intellekt və böyük verilənlər texnologiyalarında irəliləyişlərlə SiC kristallarının inkişafı ağıllı, avtomatlaşdırılmış proseslərə doğru irəliləyir. Sensorlar və idarəetmə sistemləri böyümə şərtlərini real vaxt rejimində izləyə və tənzimləyə bilər, proses sabitliyini və proqnozlaşdırıla bilənliyini artırır. Məlumat analitikası proses parametrlərini və kristal keyfiyyətini daha da optimallaşdıra bilər.

Yüksək keyfiyyətli SiC tək kristal böyümə texnologiyasının inkişafı yarımkeçirici materialların tədqiqatında əsas diqqət mərkəzindədir. Texnologiya inkişaf etdikcə, kristal böyümə metodları inkişaf etməyə və təkmilləşməyə davam edəcək və yüksək temperaturlu, yüksək tezlikli və yüksək güclü elektron cihazlarda SiC tətbiqləri üçün möhkəm təməl yaradacaq.