Усулҳои асосии парвариши кристаллҳои монокристаллҳои карбиди кремний иборатанд аз интиқоли буғи физикӣ (PVT), парвариши маҳлули бо тухми боло (TSSG) ва ҷойгиркунии буғи кимиёвии ҳарорати баланд (HT-CVD).

Дар байни инҳо, усули PVT аз сабаби насби нисбатан соддаи таҷҳизот, осонии истифода ва назорат ва хароҷоти камтари таҷҳизот ва амалиётӣ ба усули асосии истеҳсоли саноатӣ табдил ёфтааст.

---

Нуктаҳои асосии техникии афзоиши кристаллҳои SiC бо истифода аз усули PVT

Барои парвариши кристаллҳои карбиди кремний бо истифода аз усули PVT, якчанд ҷанбаҳои техникӣ бояд бодиққат назорат карда шаванд:

1. Покии маводҳои графитӣ дар майдони гармӣ
   Маводҳои графите, ки дар майдони гармии афзоиши кристалл истифода мешаванд, бояд ба талаботи қатъии тозагӣ ҷавобгӯ бошанд. Миқдори ифлосӣ дар ҷузъҳои графит бояд аз 5×10⁻⁶ ва барои намадҳои изолятсия аз 10×10⁻⁶ камтар бошад. Хусусан, миқдори бор (B) ва алюминий (Al) бояд аз 0.1×10⁻⁶ камтар бошад.

2. Поляризатсияи дурусти кристалли тухмӣ
   Маълумоти эмпирикӣ нишон медиҳанд, ки сатҳи C (0001) барои парвариши кристаллҳои 4H-SiC мувофиқ аст, дар ҳоле ки сатҳи Si (0001) барои парвариши 6H-SiC мувофиқ аст.

3. Истифодаи кристаллҳои тухмии берун аз меҳвар
   Тухмиҳои берун аз меҳвар метавонанд симметрияи афзоишро тағйир диҳанд, нуқсонҳои булӯрро кам кунанд ва сифати булӯрро беҳтар гардонанд.

4. Усули боэътимоди пайвасткунии кристаллҳои тухмӣ
   Пайвастагии дурусти байни булӯраи тухмӣ ва нигоҳдоранда барои устуворӣ ҳангоми афзоиш муҳим аст.

5. Нигоҳ доштани устувории интерфейси афзоиш
   Дар тӯли тамоми давраи афзоиши кристаллҳо, интерфейси афзоиш бояд устувор боқӣ монад, то рушди босифати кристалл таъмин карда шавад.

 

---

Технологияҳои асосӣ дар афзоиши кристаллҳои SiC

1. Технологияи допинг барои хокаи SiC

Допинг кардани хокаи SiC бо серий (Ce) метавонад афзоиши як политипро ба монанди 4H-SiC устувор созад. Амалия нишон дод, ки допинг кардани Ce метавонад:

• Суръати афзоиши кристаллҳои SiC-ро зиёд кунед;

• Барои афзоиши якхела ва самтноктар самти кристаллро беҳтар кунед;

• Кам кардани ифлосӣ ва камбудиҳо;

• Зангзании қисмати қафои кристаллро пахш кунед;

• Суръати ҳосили як кристаллро зиёд кунед.

2. Назорати градиентҳои гармии меҳварӣ ва радиалӣ

Градиентҳои ҳарорати меҳварӣ ба политипи кристалл ва суръати афзоиш таъсир мерасонанд. Градиенти хеле хурд метавонад боиси дохилшавии политип ва коҳиши интиқоли мавод дар марҳилаи буғ гардад. Беҳтар кардани ҳам градиентҳои меҳварӣ ва ҳам радиалӣ барои афзоиши босуръат ва устувори кристалл бо сифати устувор муҳим аст.

3. Технологияи идоракунии ҷойивазкунии сатҳи асосӣ (BPD)

BPD-ҳо асосан аз сабаби зиёд шудани шиддати буриш дар кристаллҳои SiC, ки системаҳои лағжишро фаъол мекунад, ба вуҷуд меоянд. Азбаски BPD-ҳо ба самти афзоиш амудӣ ҷойгиранд, онҳо одатан ҳангоми афзоиш ва хунукшавии кристаллҳо ба вуҷуд меоянд. Кам кардани фишори дохилӣ метавонад зичии BPD-ро ба таври назаррас коҳиш диҳад.

4. Назорати таносуби таркиби фазаи буғ

Афзоиши таносуби карбон ба кремний дар марҳилаи буғ як усули исботшуда барои мусоидат ба афзоиши як политип мебошад. Таносуби баланди C/Si пайвастагии макроқадамро коҳиш медиҳад ва мероси сатҳӣ аз кристалли тухмиро нигоҳ медорад ва бо ин васила ташаккули политипҳои номатлубро пешгирӣ мекунад.

5. Усулҳои афзоиши камстресс

Шиддат ҳангоми афзоиши кристалл метавонад ба ҳамворшавии шабакаи каҷ, тарқишҳо ва зичии баланди BPD оварда расонад. Ин нуқсонҳо метавонанд ба қабатҳои эпитаксиалӣ интиқол ёбанд ва ба кори дастгоҳ таъсири манфӣ расонанд.

Якчанд стратегияҳо барои коҳиш додани фишори дохилии кристаллӣ инҳоянд:

• Танзими тақсимоти майдони гармӣ ва параметрҳои раванд барои мусоидат ба афзоиши қариб мувозинат;

• Беҳтар кардани тарҳи табақча барои имкон додани афзоиши озоди булӯр бидуни маҳдудияти механикӣ;

• Беҳтар кардани конфигуратсияи нигоҳдорандаи тухмӣ барои кам кардани номувофиқати васеъшавии гармӣ байни тухмӣ ва графит ҳангоми гармкунӣ, аксар вақт бо гузоштани фосилаи 2 мм байни тухмӣ ва нигоҳдоранда;

• Такмили равандҳои гармкунӣ, имкон додани хунукшавии булӯр бо танӯр ва танзими ҳарорат ва давомнокӣ барои рафъи пурраи фишори дохилӣ.

---

Тамоюлҳо дар технологияи афзоиши кристаллҳои SiC

1. Андозаҳои калонтари кристаллҳо
Диаметри монокристаллии SiC аз чанд миллиметр то вафлиҳои 6 дюйм, 8 дюйм ва ҳатто 12 дюйм афзоиш ёфтааст. Вафлиҳои калонтар самаранокии истеҳсолотро афзоиш медиҳанд ва хароҷотро кам мекунанд ва дар айни замон ба талаботи барномаҳои дастгоҳҳои пуриқтидор ҷавобгӯ мебошанд.

2. Сифати баланди кристаллӣ
Кристаллҳои SiC-и баландсифат барои дастгоҳҳои баландсифат муҳиманд. Бо вуҷуди беҳбудиҳои назаррас, кристаллҳои кунунӣ то ҳол камбудиҳо ба монанди микроқубурҳо, ҷудошавӣ ва ифлосҳоро нишон медиҳанд, ки ҳамаи онҳо метавонанд самаранокӣ ва эътимоднокии дастгоҳро паст кунанд.

3. Кам кардани хароҷот
Истеҳсоли кристаллҳои SiC то ҳол нисбатан гарон аст, ки истифодаи васеътарро маҳдуд мекунад. Кам кардани хароҷот тавассути равандҳои беҳтаршудаи афзоиш, баланд бардоштани самаранокии истеҳсолот ва кам кардани хароҷоти ашёи хом барои васеъ кардани татбиқи бозор муҳим аст.

4. Истеҳсоли интеллектуалӣ
Бо пешрафтҳо дар соҳаи зеҳни сунъӣ ва технологияҳои додаҳои калон, афзоиши кристаллҳои SiC ба сӯи равандҳои интеллектуалӣ ва автоматӣ ҳаракат мекунад. Сенсорҳо ва системаҳои идоракунӣ метавонанд шароити афзоишро дар вақти воқеӣ назорат ва танзим кунанд, ки устувории раванд ва пешгӯишавандагиро беҳтар мекунад. Таҳлили додаҳо метавонад параметрҳои раванд ва сифати кристаллро боз ҳам беҳтар созад.

Рушди технологияи афзоиши як кристаллии SiC бо сифати баланд дар таҳқиқоти маводҳои нимноқилӣ самти асосии тамаркуз аст. Бо пешрафти технология, усулҳои афзоиши кристалл минбаъд низ таҳаввул ва такмил меёбанд ва заминаи мустаҳкамеро барои татбиқи SiC дар дастгоҳҳои электронии баландҳарорат, басомади баланд ва пуриқтидор фароҳам меоранд.