Einführung des physikalischen Dampftransports (PVT)

Aufgrund der Eigenschaften von SiC ist das Einkristallwachstum schwieriger. Aufgrund des Fehlens einer Si:C=1:1-Flüssigphase bei Atmosphärendruck kann der ausgereiftere Wachstumsprozess, der von der Hauptströmung der Halbleiterindustrie übernommen wird, nicht zum Züchten der ausgereifteren Wachstumsmethode – der geraden Ziehmethode, des absteigenden Tiegels – verwendet werden Methode und andere Wachstumsmethoden. Nach theoretischen Berechnungen können wir nur dann das stöchiometrische Verhältnis einer Si:C = 1:1-Lösung erhalten, wenn der Druck mehr als 105 atm und die Temperatur mehr als 3200 °C beträgt. Die pvt-Methode ist derzeit eine der gängigsten Methoden.

Die PVT-Methode stellt geringe Anforderungen an die Wachstumsausrüstung, einen einfachen und kontrollierbaren Prozess, und die Technologieentwicklung ist relativ ausgereift und wurde bereits industrialisiert. Die Struktur der PVT-Methode ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Die Regulierung des axialen und radialen Temperaturfeldes kann durch Steuerung des äußeren Wärmeerhaltungszustands des Graphittiegels realisiert werden. Das SiC-Pulver wird bei höherer Temperatur am Boden des Graphittiegels platziert, und der SiC-Impfkristall wird bei niedrigerer Temperatur oben im Graphittiegel fixiert. Der Abstand zwischen dem Pulver und den Impfkristallen wird im Allgemeinen auf mehrere zehn Millimeter eingestellt, um einen Kontakt zwischen dem wachsenden Einkristall und dem Pulver zu vermeiden.

Der Temperaturgradient liegt normalerweise im Bereich von 15–35 °C/cm. Im Ofen wird Inertgas mit einem Druck von 50–5000 Pa zurückgehalten, um die Konvektion zu erhöhen. Das SiC-Pulver wird durch verschiedene Heizmethoden (Induktionserwärmung und Widerstandserwärmung, die entsprechenden Geräte sind Induktionsofen und Widerstandsofen) auf 2000–2500 °C erhitzt, und das Rohpulver sublimiert und zerfällt in Gasphasenkomponenten wie Si, Si2C , SiC2 usw., die durch Gaskonvektion zum Impfkristallende transportiert werden, und SiC-Kristalle werden auf den Impfkristallen kristallisiert, um ein Einkristallwachstum zu erreichen. Die typische Wachstumsrate beträgt 0,1–2 mm/h.

Gegenwärtig ist die PVT-Methode entwickelt und ausgereift und kann die Massenproduktion von Hunderttausenden Stücken pro Jahr realisieren, und ihre Verarbeitungsgröße wurde auf 6 Zoll verwirklicht und entwickelt sich nun auf 8 Zoll weiter, und es gibt auch verwandte Unternehmen nutzen die Realisierung der 8-Zoll-Substrat-Chip-Muster. Die PVT-Methode weist jedoch immer noch die folgenden Probleme auf:

• Die Technologie zur Vorbereitung großformatiger SiC-Substrate ist noch unausgereift. Da das PVT-Verfahren nur in Längs- und Dickenrichtung erfolgen kann, ist es schwierig, die Querausdehnung zu realisieren. Um SiC-Wafer mit größerem Durchmesser zu erhalten, müssen oft große Mengen an Geld und Aufwand investiert werden, und da die aktuelle Größe der SiC-Wafer immer weiter zunimmt, wird diese Schwierigkeit nur allmählich zunehmen. (Dasselbe wie die Entwicklung von Si).
• Das aktuelle Ausmaß an Defekten auf SiC-Substraten, die mit der PVT-Methode gezüchtet wurden, ist immer noch hoch. Versetzungen reduzieren die Sperrspannung und erhöhen den Leckstrom von SiC-Geräten, was sich auf die Anwendung von SiC-Geräten auswirkt.
• P-Typ-Substrate sind durch PVT schwer herzustellen. Derzeit sind SiC-Geräte hauptsächlich unipolare Geräte. Zukünftige bipolare Hochspannungsgeräte werden p-Typ-Substrate erfordern. Durch die Verwendung eines p-Typ-Substrats kann das Wachstum einer N-Typ-Epitaxie realisiert werden. Im Vergleich zum P-Typ-Epitaxiewachstum auf einem N-Typ-Substrat ist die Ladungsträgermobilität höher, was die Leistung von SiC-Bauelementen weiter verbessern kann.