Silikon karbid (SiC), geniş bant aralığı, yüksek termal iletkenliği,ve olağanüstü sertlikBununla birlikte, yüksek kaliteli SiC tek kristal substratları üretmek, öncelikle kristal büyümesindeki karmaşıklıklar, kusur kontrolü ve büyüme sonrası işleme bağlı olarak son derece zorlu kalmaktadır.

1Çoklu politipler ve yüksek sıcaklıkta büyüme

SiC, 200'den fazla politipte bulunur ve 4H-SiC ve 6H-SiC, yarı iletken uygulamalarında en sık kullanılanlardır.Karışık politip dahilleri elektrik özelliklerini bozabilir ve epitaksiyel büyümeyi tehlikeye atabilir..

Ayrıca, SiC tek kristalleri, sıklıkla 2300 ° C'yi aşan son derece yüksek sıcaklıklarda, mühürlü bir grafit havuzunda yetiştirilmelidir.

• Mikropipler ve kaplamalar:Mikropipler ve dahiller gibi kusurlar meydana gelebilir ve substrat tekdüzeliğini etkileyebilir.
• Isı eğimi ve gerginlik:Eşsiz ısı dağılımı çıkışlara ve yığma hatalarına neden olabilir.
• Kirlilik kontrolü:Yarı yalıtım veya doped iletken SiC üretmek için dış kirliliklerin sıkı bir şekilde kontrol edilmesi gereklidir.

2Fiziksel Buhar Taşımacılığı (PVT) ve Kristal Büyütme Ekipmanı

SiC tek kristal büyümesi için birincil yöntem, aşağıdakileri gerektiren Fiziksel Buhar Taşıma (PVT) yöntemidir:

• Yüksek vakumlu, düşük sızıntılı kristal büyüme fırınları;
• Si/C oranının, sıcaklık dalgalanmalarının, büyüme hızının ve gaz basıncının hassas kontrolü;
• Büyük boyutlu levhalar için kristal çapının genişlemesinin dinamik yönetimi (örneğin, 8 inçlik SiC).

Kristal boyutu arttıkça, termal alan yönetiminin ve gaz akışı kontrolünün karmaşıklığı geometrik olarak büyür ve büyük çaplı SiC levhaları için büyük bir sıkıntı yaratır.

3Sertlik ve İşleme Zorlukları

SiC'nin Mohs sertliği 9.2, elmaslara yakın, mekanik işleme son derece zorlaştırıyor:

• Kesmek:Elmas tel testereleri standarttır, ancak kesme yavaş ve SiC tozu olarak% 40'a kadar malzeme kaybı ile sonuçlanabilir.
• Düşük yağ:SiC levhaları düşük kırılma sertliği nedeniyle çatlamaya eğilimlidir; kalınlığı kırılmadan azaltmak için gelişmiş dönen öğütme yöntemleri kullanılır.
• Polişleme:Epitaksyal büyüme için uygun yüzeyler elde etmek için aşırı hassas cilalama gereklidir, kabalık ve partikül kirliliği üzerinde sıkı bir kontrol vardır.

4İletici karşısında yarı yalıtımlı SiC

• İletici SiC:İletişimliliği artırmak için kirliliklerle doping; üretim daha basittir ve daha ucuz.
• Yarı yalıtımlı SiC:Yüksek direnci elde etmek için ultra saf başlangıç malzemesi ve derin seviye dopantları (örneğin, vanadyum) gerektirir.Sonuç olarak daha yüksek genel zorluk ve maliyet.

5Temel Teknik Zorluklar

Yüksek kaliteli SiC substratıüretim birbirine bağlı birçok zorlukla karşı karşıyadır:

1. SiC toz sentezi çevresel kirliliklere karşı hassastır ve yüksek saflıkta toz elde etmek zordur.
2. Kristal büyümesi, hassas termal alan ve süreç parametreleri kontrolünü gerektirir.
3. Uzun büyüme döngüleri, mikro borular, çıkışlar ve yığılma hataları riskini artırır.
4. Kristal çapının büyümesi termal ve basınç kontrolünü zorlaştırır.
5. Sertliği ve kırılganlığı, kesmeyi, inceltmeyi ve cilalamayı zorlaştırır.
6. Yarım yalıtım altyapıları ultra düşük kirlilik konsantrasyonları ve karmaşık dopant yönetimi gerektirir.

6Sonuç.

Yüksek kaliteli SiC substratları üretmek, toz sentezi, tek kristal büyümesi, kusur kontrolü ve son derece hassas işleme dahil olmak üzere çok karmaşık, sistem düzeyinde bir zorluktur.Yüksek sıcaklık kombinasyonu, çoklu politipler ve aşırı sertlik her aşamayı teknik olarak zorlu kılar.

Büyük çaplı, düşük kusurlu, yüksek saflıkta SiC levhalarına olan talep arttıkça, kristal büyümesi, termal alan kontrolü, dilimleme ve cilalama teknolojilerinde yenilikler gerekli olacaktır.SiC substratlarının kalitesi, aşağı akım epitaksyal katmanların ve yarı iletken cihazların performansını ve güvenilirliğini doğrudan etkiler., SiC'yi gelişmiş yarı iletken üretiminde ön planda bir malzeme haline getirir.