Giới thiệu phương pháp vận chuyển hơi vật lý (PVT)

Đặc điểm riêng của SiC xác định sự phát triển đơn tinh thể của nó khó khăn hơn. Do không có pha lỏng Si:C=1:1 ở áp suất khí quyển, nên không thể sử dụng quá trình tăng trưởng trưởng thành hơn được áp dụng bởi ngành công nghiệp bán dẫn để phát triển phương pháp tăng trưởng trưởng thành hơn - phương pháp kéo thẳng, nồi nấu kim loại giảm dần. phương pháp và các phương pháp khác để tăng trưởng. Sau khi tính toán lý thuyết, chỉ khi áp suất lớn hơn 105 atm và nhiệt độ cao hơn 3200oC, chúng ta mới có được tỷ lệ cân bằng hóa học của dung dịch Si:C = 1:1. Phương pháp pvt hiện là một trong những phương pháp phổ biến hơn.

Phương pháp PVT có yêu cầu thấp đối với thiết bị tăng trưởng, quy trình đơn giản và có thể kiểm soát được, đồng thời công nghệ phát triển tương đối trưởng thành và đã được công nghiệp hóa. Cấu trúc của phương pháp PVT được thể hiện trong hình bên dưới.

Việc điều chỉnh trường nhiệt độ hướng trục và hướng tâm có thể được thực hiện bằng cách kiểm soát điều kiện bảo quản nhiệt bên ngoài của nồi nấu bằng than chì. Bột SiC được đặt ở đáy nồi nấu than chì với nhiệt độ cao hơn và tinh thể hạt SiC được cố định ở đầu nồi nấu bằng than chì với nhiệt độ thấp hơn. Khoảng cách giữa bột và các tinh thể hạt thường được kiểm soát ở mức hàng chục mm để tránh sự tiếp xúc giữa tinh thể đơn đang phát triển và bột.

Độ dốc nhiệt độ thường nằm trong khoảng 15-35°C/cm. Khí trơ ở áp suất 50-5000 Pa được giữ lại trong lò để tăng khả năng đối lưu. Bột SiC được làm nóng đến 2000-2500 ° C bằng các phương pháp gia nhiệt khác nhau (gia nhiệt cảm ứng và gia nhiệt điện trở, thiết bị tương ứng là lò cảm ứng và lò điện trở), bột thô thăng hoa và phân hủy thành các thành phần pha khí như Si, Si2C , SiC2, v.v., được vận chuyển đến đầu tinh thể hạt bằng sự đối lưu khí và tinh thể SiC được kết tinh trên các tinh thể hạt để đạt được sự phát triển đơn tinh thể. Tốc độ tăng trưởng điển hình của nó là 0,1-2mm/h.

Hiện tại, phương pháp PVT đã được phát triển và trưởng thành, có thể sản xuất hàng trăm nghìn chiếc mỗi năm và kích thước xử lý của nó đã đạt được là 6 inch và hiện đang phát triển lên 8 inch, đồng thời cũng có những phương pháp liên quan các công ty sử dụng việc hiện thực hóa các mẫu chip nền 8 inch. Tuy nhiên, phương pháp PVT vẫn còn tồn tại những vấn đề sau:

• Công nghệ chuẩn bị chất nền SiC kích thước lớn vẫn còn non nớt. Bởi vì phương pháp PVT chỉ có thể thực hiện được ở chiều dày dài theo chiều dọc nên khó nhận ra sự giãn nở theo chiều ngang. Để có được tấm wafer SiC có đường kính lớn hơn thường phải đầu tư số tiền và công sức rất lớn, và với kích thước tấm wafer SiC hiện tại tiếp tục mở rộng, khó khăn này sẽ chỉ tăng dần. (Tương tự như sự phát triển của Si).
• Mức độ khuyết tật trên đế SiC được trồng bằng phương pháp PVT hiện nay vẫn còn cao. Sự lệch vị trí làm giảm điện áp chặn và tăng dòng rò của thiết bị SiC, ảnh hưởng đến ứng dụng của thiết bị SiC.
• Chất nền loại P rất khó chuẩn bị bởi PVT. Hiện nay các thiết bị SiC chủ yếu là thiết bị đơn cực. Các thiết bị lưỡng cực điện áp cao trong tương lai sẽ yêu cầu chất nền loại p. Việc sử dụng chất nền loại p có thể nhận ra sự tăng trưởng của epiticular loại N, so với sự tăng trưởng của epitaxy loại P trên chất nền loại N có độ linh động sóng mang cao hơn, có thể cải thiện hơn nữa hiệu suất của thiết bị SiC.