उच्च गुणवत्ता वाले सिलिकॉन कार्बाइड एकल क्रिस्टल की तैयारी के लिए मुख्य विचार

सिलिकॉन एकल क्रिस्टल तैयार करने की मुख्य विधियाँ हैं: भौतिक वाष्प परिवहन (PVT), शीर्ष-बीजित विलयन वृद्धि (TSSG), और उच्च-तापमान रासायनिक वाष्प निक्षेपण (HT-CVD)। इनमें से, PVT विधि अपने सरल उपकरण, नियंत्रण में आसानी, और कम उपकरण एवं परिचालन लागत के कारण औद्योगिक उत्पादन में व्यापक रूप से अपनाई जाती है।

सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल के पीवीटी विकास के लिए प्रमुख तकनीकी बिंदु

भौतिक वाष्प परिवहन (पीवीटी) विधि का उपयोग करके सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल विकसित करते समय, निम्नलिखित तकनीकी पहलुओं पर विचार किया जाना चाहिए:

1. ग्रोथ चैंबर में ग्रेफाइट सामग्री की शुद्धता: ग्रेफाइट घटकों में अशुद्धता की मात्रा 5×10⁻⁶ से कम होनी चाहिए, जबकि इंसुलेशन फेल्ट में अशुद्धता की मात्रा 10×10⁻⁶ से कम होनी चाहिए। B और Al जैसे तत्वों को 0.1×10⁻⁶ से कम रखा जाना चाहिए।
2. सही बीज क्रिस्टल ध्रुवता चयन: अनुभवजन्य अध्ययन से पता चलता है कि C (0001) चेहरा 4H-SiC क्रिस्टल उगाने के लिए उपयुक्त है, जबकि Si (0001) चेहरा 6H-SiC क्रिस्टल उगाने के लिए उपयोग किया जाता है।
3. ऑफ-एक्सिस बीज क्रिस्टल का उपयोग: ऑफ-एक्सिस बीज क्रिस्टल क्रिस्टल विकास की समरूपता को बदल सकते हैं, जिससे क्रिस्टल में दोष कम हो सकते हैं।
4. उच्च गुणवत्ता वाले बीज क्रिस्टल बंधन प्रक्रिया।
5. विकास चक्र के दौरान क्रिस्टल विकास इंटरफ़ेस की स्थिरता बनाए रखना।

सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल विकास के लिए प्रमुख प्रौद्योगिकियां

1. सिलिकॉन कार्बाइड पाउडर के लिए डोपिंग तकनीक
   सिलिकॉन कार्बाइड पाउडर को उचित मात्रा में Ce के साथ डोप करने से 4H-SiC एकल क्रिस्टल की वृद्धि स्थिर हो सकती है। व्यावहारिक परिणाम दर्शाते हैं कि Ce डोपिंग से:

• सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल की वृद्धि दर में वृद्धि।
• क्रिस्टल वृद्धि के अभिविन्यास को नियंत्रित करें, जिससे यह अधिक एकसमान और नियमित हो जाए।
• अशुद्धता निर्माण को रोकना, दोषों को कम करना तथा एकल-क्रिस्टल और उच्च-गुणवत्ता वाले क्रिस्टल के उत्पादन को सुविधाजनक बनाना।
• क्रिस्टल के पीछे के भाग में होने वाले क्षरण को रोकें तथा एकल-क्रिस्टल की उपज में सुधार करें।

• अक्षीय और रेडियल तापमान प्रवणता नियंत्रण प्रौद्योगिकी
  अक्षीय तापमान प्रवणता मुख्य रूप से क्रिस्टल वृद्धि के प्रकार और दक्षता को प्रभावित करती है। अत्यधिक कम तापमान प्रवणता बहुक्रिस्टलीय निर्माण का कारण बन सकती है और वृद्धि दर को कम कर सकती है। उचित अक्षीय और त्रिज्यीय तापमान प्रवणता स्थिर क्रिस्टल गुणवत्ता बनाए रखते हुए SiC क्रिस्टल की तीव्र वृद्धि को सुगम बनाती है।
• बेसल प्लेन डिस्लोकेशन (बीपीडी) नियंत्रण प्रौद्योगिकी
  बीपीडी दोष मुख्यतः तब उत्पन्न होते हैं जब क्रिस्टल में अपरूपण प्रतिबल SiC के क्रांतिक अपरूपण प्रतिबल से अधिक हो जाता है, जिससे स्लिप प्रणालियाँ सक्रिय हो जाती हैं। चूँकि बीपीडी क्रिस्टल वृद्धि की दिशा के लंबवत होते हैं, इसलिए ये मुख्यतः क्रिस्टल वृद्धि और शीतलन के दौरान बनते हैं।
• वाष्प चरण संरचना अनुपात समायोजन प्रौद्योगिकी
  वृद्धि परिवेश में कार्बन-से-सिलिकॉन अनुपात को बढ़ाना एकल-क्रिस्टल वृद्धि को स्थिर करने का एक प्रभावी उपाय है। उच्च कार्बन-से-सिलिकॉन अनुपात बड़े चरणीय गुच्छों को कम करता है, बीज क्रिस्टल सतह वृद्धि जानकारी को संरक्षित करता है, और बहुरूप निर्माण को रोकता है।
• कम-तनाव नियंत्रण प्रौद्योगिकी
  क्रिस्टल वृद्धि के दौरान तनाव क्रिस्टल तलों में झुकाव पैदा कर सकता है, जिससे क्रिस्टल की गुणवत्ता खराब हो सकती है या यहाँ तक कि उनमें दरारें भी पड़ सकती हैं। उच्च तनाव बेसल तल के विस्थापन को भी बढ़ाता है, जिससे एपिटैक्सियल परत की गुणवत्ता और उपकरण के प्रदर्शन पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ सकता है।

6-इंच SiC वेफर स्कैनिंग छवि

क्रिस्टल में तनाव कम करने के तरीके:

• SiC एकल क्रिस्टलों की लगभग-संतुलन वृद्धि को सक्षम करने के लिए तापमान क्षेत्र वितरण और प्रक्रिया मापदंडों को समायोजित करें।
• न्यूनतम बाधाओं के साथ मुक्त क्रिस्टल विकास की अनुमति देने के लिए क्रूसिबल संरचना को अनुकूलित करें।
• बीज क्रिस्टल और ग्रेफाइट होल्डर के बीच तापीय विस्तार के बेमेल को कम करने के लिए बीज क्रिस्टल स्थिरीकरण तकनीकों को संशोधित करें। एक सामान्य तरीका यह है कि बीज क्रिस्टल और ग्रेफाइट होल्डर के बीच 2 मिमी का अंतर छोड़ा जाए।
• आंतरिक तनाव को पूरी तरह से मुक्त करने के लिए, इन-सीटू फर्नेस एनीलिंग को लागू करके, एनीलिंग तापमान और अवधि को समायोजित करके एनीलिंग प्रक्रियाओं में सुधार करें।

सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल विकास प्रौद्योगिकी में भविष्य के रुझान

भविष्य में, उच्च गुणवत्ता वाली SiC एकल क्रिस्टल तैयारी तकनीक निम्नलिखित दिशाओं में विकसित होगी:

1. बड़े पैमाने पर विकास
   सिलिकॉन कार्बाइड सिंगल क्रिस्टल का व्यास कुछ मिलीमीटर से बढ़कर 6 इंच, 8 इंच और यहाँ तक कि 12 इंच के आकार तक पहुँच गया है। बड़े व्यास वाले SiC क्रिस्टल उत्पादन क्षमता में सुधार करते हैं, लागत कम करते हैं और उच्च-शक्ति वाले उपकरणों की ज़रूरतों को पूरा करते हैं।
2. उच्च-गुणवत्ता वाली वृद्धि
   उच्च-गुणवत्ता वाले SiC सिंगल क्रिस्टल उच्च-प्रदर्शन उपकरणों के लिए आवश्यक हैं। हालाँकि उल्लेखनीय प्रगति हुई है, फिर भी माइक्रोपाइप, अव्यवस्था और अशुद्धियाँ जैसे दोष अभी भी मौजूद हैं, जो उपकरणों के प्रदर्शन और विश्वसनीयता को प्रभावित करते हैं।
3. लागत में कमी
   SiC क्रिस्टल तैयार करने की उच्च लागत कुछ क्षेत्रों में इसके अनुप्रयोग को सीमित करती है। विकास प्रक्रियाओं को अनुकूलित करके, उत्पादन दक्षता में सुधार करके और कच्चे माल की लागत को कम करके उत्पादन लागत को कम करने में मदद मिल सकती है।
4. बुद्धिमान विकास
   एआई और बिग डेटा में प्रगति के साथ, SiC क्रिस्टल विकास तकनीक में बुद्धिमान समाधानों को तेज़ी से अपनाया जाएगा। सेंसर और स्वचालित प्रणालियों का उपयोग करके वास्तविक समय की निगरानी और नियंत्रण प्रक्रिया की स्थिरता और नियंत्रणीयता को बढ़ाएगा। इसके अतिरिक्त, बिग डेटा एनालिटिक्स विकास मापदंडों को अनुकूलित कर सकता है, जिससे क्रिस्टल की गुणवत्ता और उत्पादन दक्षता में सुधार होगा।

उच्च-गुणवत्ता वाली सिलिकॉन कार्बाइड एकल क्रिस्टल निर्माण तकनीक अर्धचालक पदार्थ अनुसंधान में एक प्रमुख केंद्र बिंदु है। जैसे-जैसे तकनीक आगे बढ़ेगी, SiC क्रिस्टल विकास तकनीकें भी विकसित होती रहेंगी, जो उच्च-तापमान, उच्च-आवृत्ति और उच्च-शक्ति क्षेत्रों में अनुप्रयोगों के लिए एक ठोस आधार प्रदान करेंगी।