उच्च गुणवत्ता वाले सिलिकॉन कार्बाइड एकल क्रिस्टल के निर्माण के लिए प्रमुख विचारणीय बिंदु

सिलिकॉन सिंगल क्रिस्टल तैयार करने की मुख्य विधियों में शामिल हैं: फिजिकल वेपर ट्रांसपोर्ट (PVT), टॉप-सीडेड सॉल्यूशन ग्रोथ (TSSG), और हाई-टेम्परेचर केमिकल वेपर डिपोजिशन (HT-CVD)। इनमें से, PVT विधि को औद्योगिक उत्पादन में व्यापक रूप से अपनाया जाता है क्योंकि इसके उपकरण सरल हैं, नियंत्रण आसान है, और उपकरण एवं परिचालन लागत कम है।

सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल के पीवीटी विकास के लिए प्रमुख तकनीकी बिंदु

फिजिकल वेपर ट्रांसपोर्ट (पीवीटी) विधि का उपयोग करके सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल उगाते 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 इन्सुलेशन फेल्ट में अशुद्धता की मात्रा 10×10⁻⁶ से कम होनी चाहिए। बी और एल्युमिनियम जैसे तत्वों की मात्रा 0.1×10⁻⁶ से कम रखी जानी चाहिए।
2. सही सीड क्रिस्टल ध्रुवीयता चयन: अनुभवजन्य अध्ययनों से पता चलता है कि C (0001) फलक 4H-SiC क्रिस्टल उगाने के लिए उपयुक्त है, जबकि Si (0001) फलक का उपयोग 6H-SiC क्रिस्टल उगाने के लिए किया जाता है।
3. अक्षीय दिशा से इतर बीज क्रिस्टलों का उपयोग: अक्षीय दिशा से इतर बीज क्रिस्टल क्रिस्टल वृद्धि की समरूपता को बदल सकते हैं, जिससे क्रिस्टल में दोष कम हो जाते हैं।
4. उच्च गुणवत्ता वाली सीड क्रिस्टल बॉन्डिंग प्रक्रिया।
5. विकास चक्र के दौरान क्रिस्टल वृद्धि इंटरफ़ेस की स्थिरता बनाए रखना।

सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल वृद्धि के लिए प्रमुख प्रौद्योगिकियाँ

1. सिलिकॉन कार्बाइड पाउडर के लिए डोपिंग तकनीक
   सिलिकॉन कार्बाइड पाउडर में उपयुक्त मात्रा में Ce मिलाने से 4H-SiC एकल क्रिस्टल की वृद्धि को स्थिर किया जा सकता है। व्यावहारिक परिणाम दर्शाते हैं कि Ce मिलाने से निम्नलिखित लाभ हो सकते हैं:

• सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल की वृद्धि दर बढ़ाएँ।
• क्रिस्टल वृद्धि की दिशा को नियंत्रित करें, जिससे यह अधिक एकरूप और नियमित हो जाए।
• अशुद्धियों के निर्माण को दबाना, दोषों को कम करना और एकल-क्रिस्टल तथा उच्च-गुणवत्ता वाले क्रिस्टलों के उत्पादन को सुगम बनाना।
• क्रिस्टल के पिछले हिस्से के क्षरण को रोकें और 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 संरचना का निर्माण कर सकती है और वृद्धि दर को कम कर सकती है। उचित अक्षीय और त्रिज्याीय तापमान प्रवणता स्थिर क्रिस्टल गुणवत्ता बनाए रखते हुए SiC क्रिस्टल की तीव्र वृद्धि को सुगम बनाती है।
• बेसल प्लेन डिसलोकेशन (बीपीडी) नियंत्रण प्रौद्योगिकी
  बीपीडी दोष मुख्यतः तब उत्पन्न होते हैं जब क्रिस्टल में अपरूपण तनाव SiC के क्रांतिक अपरूपण तनाव से अधिक हो जाता है, जिससे स्लिप सिस्टम सक्रिय हो जाते हैं। चूंकि बीपीडी क्रिस्टल वृद्धि की दिशा के लंबवत होते हैं, इसलिए वे मुख्यतः क्रिस्टल वृद्धि और शीतलन के दौरान बनते हैं।
• वाष्प चरण संघटन अनुपात समायोजन प्रौद्योगिकी
  वृद्धि वातावरण में कार्बन-से-सिलिकॉन अनुपात को बढ़ाना एकल-क्रिस्टल वृद्धि को स्थिर करने का एक प्रभावी उपाय है। उच्च कार्बन-से-सिलिकॉन अनुपात बड़े चरण बंचिंग को कम करता है, बीज क्रिस्टल सतह वृद्धि की जानकारी को संरक्षित करता है और बहुप्रकार निर्माण को रोकता है।
• कम तनाव नियंत्रण प्रौद्योगिकी
  क्रिस्टल वृद्धि के दौरान तनाव के कारण क्रिस्टल तलों में झुकाव आ सकता है, जिससे क्रिस्टल की गुणवत्ता खराब हो सकती है या उसमें दरारें भी पड़ सकती हैं। उच्च तनाव से बेसल प्लेन डिसलोकेशन भी बढ़ जाते हैं, जो एपिटैक्सियल परत की गुणवत्ता और उपकरण के प्रदर्शन पर प्रतिकूल प्रभाव डाल सकते हैं।

6-इंच SiC वेफर स्कैनिंग छवि

क्रिस्टलों में तनाव कम करने के तरीके:

• SiC एकल क्रिस्टल के लगभग संतुलनपूर्ण विकास को सक्षम करने के लिए तापमान क्षेत्र वितरण और प्रक्रिया मापदंडों को समायोजित करें।
• क्रिस्टलों की मुक्त वृद्धि को न्यूनतम बाधाओं के साथ संभव बनाने के लिए क्रूसिबल संरचना को अनुकूलित करें।
• सीड क्रिस्टल और ग्रेफाइट होल्डर के बीच थर्मल विस्तार के अंतर को कम करने के लिए सीड क्रिस्टल फिक्सेशन तकनीकों में संशोधन करें। एक सामान्य तरीका यह है कि सीड क्रिस्टल और ग्रेफाइट होल्डर के बीच 2 मिमी का अंतर रखा जाए।
• आंतरिक तनाव को पूरी तरह से दूर 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 वाले SiC सिंगल क्रिस्टल तैयार करने की तकनीक निम्नलिखित दिशाओं में विकसित होगी:

1. बड़े पैमाने पर विकास
   सिलिकॉन कार्बाइड के एकल क्रिस्टलों का व्यास कुछ मिलीमीटर से बढ़कर 6 इंच, 8 इंच और यहां तक ​​कि 12 इंच तक हो गया है। बड़े व्यास वाले SiC क्रिस्टल उत्पादन क्षमता बढ़ाते हैं, लागत कम करते हैं और उच्च-शक्ति वाले उपकरणों की आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।
2. उच्च गुणवत्ता वाली वृद्धि
   उच्च प्रदर्शन वाले उपकरणों के लिए उच्च गुणवत्ता वाले SiC एकल क्रिस्टल आवश्यक हैं। हालांकि इस दिशा में काफी प्रगति हुई है, फिर भी सूक्ष्म पाइप, अव्यवस्था और अशुद्धियों जैसे दोष मौजूद हैं, जो उपकरण 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 करना, उत्पादन दक्षता में सुधार करना और कच्चे माल की लागत को कम करना उत्पादन खर्चों को कम करने में सहायक हो सकता है।
4. बुद्धिमान विकास
   कृत्रिम बुद्धिमत्ता और बिग डेटा में प्रगति के साथ, SiC क्रिस्टल वृद्धि तकनीक में बुद्धिमान समाधानों का उपयोग बढ़ता जाएगा। सेंसर और स्वचालित प्रणालियों का उपयोग करके वास्तविक समय की निगरानी और नियंत्रण से प्रक्रिया की स्थिरता और नियंत्रणीयता में सुधार होगा। इसके अतिरिक्त, बिग डेटा विश्लेषण से वृद्धि मापदंडों को अनुकूलित किया जा सकता है, जिससे क्रिस्टल की गुणवत्ता और उत्पादन दक्षता में वृद्धि होगी।

उच्च गुणवत्ता वाले सिलिकॉन कार्बाइड एकल क्रिस्टल निर्माण तकनीक अर्धचालक सामग्री अनुसंधान का एक प्रमुख केंद्र बिंदु है। प्रौद्योगिकी में प्रगति के साथ, SiC क्रिस्टल विकास तकनीकें भी विकसित होती रहेंगी, जो उच्च तापमान, उच्च आवृत्ति और उच्च शक्ति वाले क्षेत्रों में अनुप्रयोगों के लिए एक ठोस आधार प्रदान करेंगी।