सिलिकॉन कार्बाइड के एकल क्रिस्टल उगाने की मुख्य विधियों में फिजिकल वेपर ट्रांसपोर्ट (पीवीटी), टॉप-सीडेड सॉल्यूशन ग्रोथ (टीएसएसजी) और हाई-टेम्परेचर केमिकल वेपर डिपोजिशन (एचटी-सीवीडी) शामिल हैं।

इनमें से, पीवीटी विधि अपेक्षाकृत सरल उपकरण सेटअप, संचालन और नियंत्रण में आसानी और कम उपकरण और परिचालन लागत के कारण औद्योगिक उत्पादन के लिए प्राथमिक तकनीक बन गई है।

---

पीवीटी विधि का उपयोग करके SiC क्रिस्टल वृद्धि के प्रमुख तकनीकी बिंदु

पीवीटी विधि का उपयोग करके सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल उगाने के लिए, कई तकनीकी पहलुओं को सावधानीपूर्वक नियंत्रित करना आवश्यक है:

1. ऊष्मीय क्षेत्र में ग्रेफाइट पदार्थों की शुद्धता
   क्रिस्टल वृद्धि तापीय क्षेत्र में उपयोग किए जाने वाले ग्रेफाइट पदार्थों को शुद्धता संबंधी सख्त मानकों को पूरा करना आवश्यक है। ग्रेफाइट घटकों में अशुद्धियों की मात्रा 5×10⁻⁶ से कम होनी चाहिए, और इन्सुलेशन फेल्ट में यह मात्रा 10×10⁻⁶ से कम होनी चाहिए। विशेष रूप से, बोरॉन (B) और एल्युमीनियम (Al) की मात्रा प्रत्येक 0.1×10⁻⁶ से कम होनी चाहिए।

2. बीज क्रिस्टल की सही ध्रुवीयता
   अनुभवजन्य आंकड़ों से पता चलता है कि सी-फेस (0001) 4H-SiC क्रिस्टल उगाने के लिए उपयुक्त है, जबकि Si-फेस (0001) 6H-SiC विकास के लिए उपयुक्त है।

3. ऑफ-एक्सिस सीड क्रिस्टल का उपयोग
   अक्ष से हटकर बोए गए बीज वृद्धि की समरूपता को बदल सकते हैं, क्रिस्टल दोषों को कम कर सकते हैं और बेहतर क्रिस्टल गुणवत्ता को बढ़ावा दे सकते हैं।

4. विश्वसनीय सीड क्रिस्टल बॉन्डिंग तकनीक
   विकास के दौरान स्थिरता के लिए बीज क्रिस्टल और धारक के बीच उचित बंधन आवश्यक है।

5. विकास इंटरफ़ेस की स्थिरता बनाए रखना
   क्रिस्टल के संपूर्ण विकास चक्र के दौरान, उच्च गुणवत्ता वाले क्रिस्टल के विकास को सुनिश्चित करने के लिए विकास इंटरफ़ेस का स्थिर रहना आवश्यक है।

 

---

SiC क्रिस्टल वृद्धि में प्रमुख प्रौद्योगिकियाँ

1. SiC पाउडर के लिए डोपिंग तकनीक

सीरियम (Ce) से SiC पाउडर को डोप करने से 4H-SiC जैसे एकल पॉलीटाइप की वृद्धि को स्थिर किया जा सकता है। व्यवहार में यह देखा गया है कि Ce डोपिंग से निम्नलिखित लाभ हो सकते हैं:

• SiC क्रिस्टल की वृद्धि दर बढ़ाएं;

• अधिक एकसमान और दिशात्मक वृद्धि के लिए क्रिस्टल अभिविन्यास में सुधार करना;

• अशुद्धियों और दोषों को कम करें;

• क्रिस्टल के पिछले हिस्से में होने वाले क्षरण को रोकें;

• एकल क्रिस्टल उत्पादन दर को बढ़ाएं।

2. अक्षीय और रेडियल थर्मल ग्रेडिएंट्स का नियंत्रण

अक्षीय तापमान प्रवणता क्रिस्टल के बहुप्रकार और वृद्धि दर को प्रभावित करती है। बहुत कम प्रवणता बहुप्रकारीय अशुद्धियों और वाष्प अवस्था में पदार्थ के परिवहन में कमी का कारण बन सकती है। तीव्र और स्थिर क्रिस्टल वृद्धि तथा गुणवत्ता में निरंतरता के लिए अक्षीय और त्रिज्या दोनों प्रवणताओं का अनुकूलन अत्यंत महत्वपूर्ण है।

3. बेसल प्लेन डिसलोकेशन (बीपीडी) नियंत्रण प्रौद्योगिकी

बीपीडी मुख्य रूप से SiC क्रिस्टल में महत्वपूर्ण सीमा से अधिक अपरूपण तनाव के कारण बनते हैं, जिससे स्लिप सिस्टम सक्रिय हो जाते हैं। चूंकि बीपीडी वृद्धि दिशा के लंबवत होते हैं, इसलिए वे आमतौर पर क्रिस्टल वृद्धि और शीतलन के दौरान उत्पन्न होते हैं। आंतरिक तनाव को कम करने से बीपीडी घनत्व में काफी कमी आ सकती है।

4. वाष्प चरण संघटन अनुपात नियंत्रण

वाष्प अवस्था में कार्बन-से-सिलिकॉन अनुपात को बढ़ाना एकल पॉलीटाइप वृद्धि को बढ़ावा देने की एक सिद्ध विधि है। उच्च C/Si अनुपात मैक्रोस्टेप बंचिंग को कम करता है और बीज क्रिस्टल से सतह की विशेषताओं को बनाए रखता है, जिससे अवांछित पॉलीटाइप के निर्माण को रोका जा सकता है।

5. कम तनाव वाली विकास तकनीकें

क्रिस्टल वृद्धि के दौरान तनाव के कारण घुमावदार जाली तल, दरारें और उच्च बीपीडी घनत्व उत्पन्न हो सकते हैं। ये दोष एपिटैक्सियल परतों में भी फैल सकते हैं और उपकरण के प्रदर्शन पर नकारात्मक प्रभाव डाल सकते हैं।

आंतरिक क्रिस्टल तनाव को कम करने के लिए कई रणनीतियाँ हैं, जिनमें शामिल हैं:

• लगभग संतुलन स्तर पर वृद्धि को बढ़ावा देने के लिए तापीय क्षेत्र वितरण और प्रक्रिया मापदंडों को समायोजित करना;

• क्रिस्टल को यांत्रिक अवरोध के बिना स्वतंत्र रूप से विकसित होने देने के लिए क्रूसिबल डिजाइन को अनुकूलित करना;

• गर्म करने के दौरान बीज और ग्रेफाइट के बीच थर्मल विस्तार बेमेल को कम करने के लिए बीज धारक विन्यास में सुधार करना, अक्सर बीज और धारक के बीच 2 मिमी का अंतर छोड़कर;

• एनीलिंग प्रक्रियाओं को परिष्कृत करना, क्रिस्टल को भट्टी के साथ ठंडा होने देना, और आंतरिक तनाव को पूरी तरह से दूर करने के लिए तापमान और अवधि को समायोजित करना।

---

SiC क्रिस्टल विकास प्रौद्योगिकी में रुझान

1. बड़े क्रिस्टल आकार
SiC सिंगल क्रिस्टल के व्यास कुछ मिलीमीटर से बढ़कर 6 इंच, 8 इंच और यहां तक ​​कि 12 इंच तक के वेफर्स तक पहुंच गए हैं। बड़े वेफर्स उत्पादन क्षमता बढ़ाते हैं और लागत कम करते हैं, साथ ही उच्च-शक्ति वाले उपकरणों की आवश्यकताओं को भी पूरा करते हैं।

2. उच्च क्रिस्टल गुणवत्ता
उच्च प्रदर्शन वाले उपकरणों के लिए उच्च गुणवत्ता वाले SiC क्रिस्टल आवश्यक हैं। महत्वपूर्ण सुधारों के बावजूद, वर्तमान क्रिस्टलों में अभी भी माइक्रो पाइप, अव्यवस्था और अशुद्धियों जैसे दोष मौजूद हैं, जो सभी उपकरण के प्रदर्शन और विश्वसनीयता को कम कर सकते हैं।

3. लागत में कमी
SiC क्रिस्टल का उत्पादन अभी भी अपेक्षाकृत महंगा है, जो इसके व्यापक उपयोग को सीमित करता है। अनुकूलित विकास प्रक्रियाओं, बढ़ी हुई उत्पादन क्षमता और कच्चे माल की कम लागत के माध्यम से लागत को कम करना बाजार में इसके अनुप्रयोगों का विस्तार करने के लिए महत्वपूर्ण है।

4. बुद्धिमान विनिर्माण
कृत्रिम बुद्धिमत्ता और बिग डेटा प्रौद्योगिकियों में प्रगति के साथ, SiC क्रिस्टल का विकास बुद्धिमान, स्वचालित प्रक्रियाओं की ओर बढ़ रहा है। सेंसर और नियंत्रण प्रणालियाँ वास्तविक समय में विकास की स्थितियों की निगरानी और समायोजन कर सकती हैं, जिससे प्रक्रिया की स्थिरता और पूर्वानुमान में सुधार होता है। डेटा विश्लेषण प्रक्रिया मापदंडों और क्रिस्टल की गुणवत्ता को और बेहतर बना सकता है।

उच्च गुणवत्ता वाले SiC एकल क्रिस्टल विकास प्रौद्योगिकी का विकास अर्धचालक सामग्री अनुसंधान का एक प्रमुख केंद्र बिंदु है। प्रौद्योगिकी में प्रगति के साथ, क्रिस्टल विकास विधियों का निरंतर विकास और सुधार होता रहेगा, जिससे उच्च तापमान, उच्च आवृत्ति और उच्च शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में SiC अनुप्रयोगों के लिए एक ठोस आधार तैयार होगा।