Silisyum karbür (SiC) tozu üçüncü nesil yarı iletken kristal büyütme için kritik bir yukarı akış malzemesidir. Saflığı, parçacık morfolojisi ve uçuculuk davranışı, 6–12 inçlik gofretler için süblimasyon hızı kararlılığını, kusur oluşumunu ve genel kristal kalitesini doğrudan etkiler. Günümüzde, endüstriye hakim olan iki ana sentez rotası vardır: Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD) ve geleneksel Acheson Si+C katı hal reaksiyonu. Bu inceleme, mekanizmalarının, toz özelliklerinin, uzun kristal uyumluluğunun ve gelecekteki evrim eğilimlerinin teknik bir karşılaştırmasını sunmaktadır.

1. İşlem İlkeleri ve Temel Mekanik Farklılıklar

CVD Rotası

1200–1600 °C'de yüksek saflıkta silan (SiH₄) ve hidrokarbonlar (CH₄/C₂H₂) kullanılarak gaz fazı reaksiyonu.
Temel özellikler:
• Tamamen gaz fazı mekanizması, kirlilik kaynaklarını en aza indirir.
• SiC parçacıkları doğrudan, mekanik ezme olmadan oluşur.
• 40 nm'den birkaç mikrometreye kadar dar parçacık boyutu kontrolü.
• Kararlı morfoloji ve mükemmel kristalleşme.

Acheson Rotası (Si + C Katı Hal Reaksiyonu)

2000–2500 °C'de silisyum tozu ve karbon siyahı arasında katı hal difüzyonu, ardından ezme ve sınıflandırma.
Temel özellikler:
• Olgun, yüksek verimli yöntem.
• İşlem sonrası gerektirir, bu da daha geniş bir parçacık dağılımına yol açar.
• Daha yüksek fırın aşınması ve oksijen dahil edilmesi.
• ~10 µm'den birkaç milimetreye kadar parçacık boyutları.

2. Toz Kalitesi Karşılaştırması ve Kristal Büyüme Üzerindeki Etkisi

Süblimasyon kristal büyümesi için etkileri:
Büyük çaplı (8–12 inç) SiC kristal büyümesi, son derece düşük safsızlık seviyeleri ve kararlı süblimasyon hızları gerektirir. CVD tozları üstün tekdüzelik ve saflık sunarken, kaba Acheson taneleri daha iyi yatak geçirgenliği sağlar. Sonuç olarak, hibrit karışımlar (CVD ince toz + Acheson kaba toz), süblimasyon tekdüzeliğini ve termal kararlılığı dengelemek için yaygın olarak kullanılır.

3. İşlem Eşleşmesi ve Toz Seçim Stratejisi

≤6 inç SiC kristal büyümesi

Acheson yüksek saflıkta tozlar, daha geniş büyüme pencereleri ve safsızlık dalgalanmalarına karşı daha düşük hassasiyet nedeniyle yeterli kalır.

8 inç süblimasyon fırınları

Karışık toz sistemi avantajlı hale gelir:
• %20–40 CVD ince toz, saflığı ve tekdüze süblimasyonu iyileştirir.
• Kaba Acheson taneleri, optimum geçirgenliği ve termal akışı korur.

12 inç Ar-Ge hatları

CVD tozuna daha fazla güven:
• Ultra düşük kusur yoğunlukları elde etmek için %60–100 CVD ince toz kullanılır.
• Kararlı buhar türleri dağılımı ve en aza indirilmiş oksijen dahil edilmesini sağlar.

4. Teknoloji Evrimi ve Gelecek Eğilimler

CVD maliyet düşürme yolları

• Yüksek sıcaklıklı CVD reaktörlerinin ve korozyona dayanıklı sıcak bölge malzemelerinin yerelleştirilmesi
• H₂ ve SiHx yan ürünlerinin kapalı döngü geri kazanımı
• Depozisyon sıcaklığını 100–200 °C düşürmek için plazma destekli CVD

Acheson işlem optimizasyonu

• Bağlı sürekli vakum arıtma ve gelişmiş asit liçi
• 7N seviyelerine doğru hedef saflık iyileştirmesi
• Optimize edilmiş fırın tasarımı yoluyla azaltılmış oksijen alımı

Akıllı toz karıştırma

• Makine öğrenimi tabanlı süblimasyon eğrileri kontrolü
• İnce toz oranlarının gerçek zamanlı ayarlanması
• Toz yatağı geçirgenliğinin ve kristal morfolojisinin tahmini modellemesi

Sektör görünümü

SiC 8–12 inç çağına girerken, CVD tozunun pazar payının hızla artması bekleniyor:
• Daha katı saflık ve tekdüzelik gereksinimleri
• CVD'nin Acheson tozunun maliyetinin ≤2 katı olduğu eşiğin altına düşmesiyle iyileştirilmiş maliyet yapıları
• Yüksek CVD fraksiyonu ile büyük çaplı kristal verimi arasında daha iyi korelasyon

Bu değişim, gelecekteki üst düzey SiC kristal büyümesinin, süblimasyon kararlılığı, kusur bastırma ve ölçeklenebilir gofret üretimi için optimize edilmiş CVD tabanlı veya hibrit mühendislik toz sistemlerine giderek daha fazla güveneceğini gösteriyor.