ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા સિલિકોન કાર્બાઇડ સિંગલ ક્રિસ્ટલ તૈયારી માટે મુખ્ય વિચારણાઓ

સિલિકોન સિંગલ ક્રિસ્ટલ તૈયારી માટેની મુખ્ય પદ્ધતિઓમાં શામેલ છે: ભૌતિક વરાળ પરિવહન (PVT), ટોચ-સીડેડ સોલ્યુશન ગ્રોથ (TSSG), અને ઉચ્ચ-તાપમાન રાસાયણિક વરાળ ડિપોઝિશન (HT-CVD). આમાંથી, PVT પદ્ધતિ તેના સરળ સાધનો, નિયંત્રણમાં સરળતા અને ઓછા સાધનો અને સંચાલન ખર્ચને કારણે ઔદ્યોગિક ઉત્પાદનમાં વ્યાપકપણે અપનાવવામાં આવે છે.

સિલિકોન કાર્બાઇડ ક્રિસ્ટલ્સના PVT ગ્રોથ માટેના મુખ્ય ટેકનિકલ મુદ્દાઓ

ફિઝિકલ વેપર ટ્રાન્સપોર્ટ (PVT) પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને સિલિકોન કાર્બાઇડ સ્ફટિકો ઉગાડતી વખતે, નીચેના તકનીકી પાસાઓ ધ્યાનમાં લેવા જોઈએ:

1. ગ્રોથ ચેમ્બરમાં ગ્રેફાઇટ સામગ્રીની શુદ્ધતા: ગ્રેફાઇટ ઘટકોમાં અશુદ્ધિઓનું પ્રમાણ 5×10⁻⁶ થી નીચે હોવું જોઈએ, જ્યારે ઇન્સ્યુલેશન ફેલ્ટમાં અશુદ્ધિઓનું પ્રમાણ 10×10⁻⁶ થી નીચે હોવું જોઈએ. B અને Al જેવા તત્વો 0.1×10⁻⁶ થી નીચે રાખવા જોઈએ.
2. યોગ્ય બીજ સ્ફટિક ધ્રુવીયતા પસંદગી: પ્રયોગમૂલક અભ્યાસો દર્શાવે છે કે C (0001) ફેસ 4H-SiC સ્ફટિકો ઉગાડવા માટે યોગ્ય છે, જ્યારે Si (0001) ફેસનો ઉપયોગ 6H-SiC સ્ફટિકો ઉગાડવા માટે થાય છે.
3. ઑફ-એક્સિસ સીડ ક્રિસ્ટલ્સનો ઉપયોગ: ઑફ-એક્સિસ સીડ ક્રિસ્ટલ્સ સ્ફટિક વૃદ્ધિની સમપ્રમાણતાને બદલી શકે છે, સ્ફટિકમાં ખામીઓ ઘટાડે છે.
4. ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળી બીજ સ્ફટિક બંધન પ્રક્રિયા.
5. વૃદ્ધિ ચક્ર દરમિયાન ક્રિસ્ટલ ગ્રોથ ઇન્ટરફેસની સ્થિરતા જાળવી રાખવી.

સિલિકોન કાર્બાઇડ ક્રિસ્ટલ ગ્રોથ માટે મુખ્ય ટેકનોલોજીઓ

1. સિલિકોન કાર્બાઇડ પાવડર માટે ડોપિંગ ટેકનોલોજી
   સિલિકોન કાર્બાઇડ પાવડરને યોગ્ય માત્રામાં Ce સાથે ડોપ કરવાથી 4H-SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ્સની વૃદ્ધિ સ્થિર થઈ શકે છે. વ્યવહારુ પરિણામો દર્શાવે છે કે Ce ડોપિંગ આ કરી શકે છે:

• સિલિકોન કાર્બાઇડ સ્ફટિકોના વિકાસ દરમાં વધારો.
• સ્ફટિક વૃદ્ધિના દિશાને નિયંત્રિત કરો, તેને વધુ એકસમાન અને નિયમિત બનાવો.
• અશુદ્ધિની રચનાને દબાવી દે છે, ખામીઓ ઘટાડે છે અને સિંગલ-ક્રિસ્ટલ અને ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા સ્ફટિકોના ઉત્પાદનને સરળ બનાવે છે.
• સ્ફટિકના પાછળના ભાગના કાટને અટકાવે છે અને સિંગલ-સ્ફટિક ઉપજમાં સુધારો કરે છે.

• અક્ષીય અને રેડિયલ તાપમાન ગ્રેડિયન્ટ નિયંત્રણ ટેકનોલોજી
  અક્ષીય તાપમાન ઢાળ મુખ્યત્વે સ્ફટિક વૃદ્ધિના પ્રકાર અને કાર્યક્ષમતાને અસર કરે છે. ખૂબ જ નાનો તાપમાન ઢાળ પોલીક્રિસ્ટલાઇન રચના તરફ દોરી શકે છે અને વૃદ્ધિ દર ઘટાડી શકે છે. યોગ્ય અક્ષીય અને રેડિયલ તાપમાન ઢાળ સ્થિર સ્ફટિક ગુણવત્તા જાળવી રાખીને ઝડપી SiC સ્ફટિક વૃદ્ધિને સરળ બનાવે છે.
• બેઝલ પ્લેન ડિસલોકેશન (BPD) નિયંત્રણ ટેકનોલોજી
  BPD ખામીઓ મુખ્યત્વે ત્યારે ઉદ્ભવે છે જ્યારે સ્ફટિકમાં શીયર સ્ટ્રેસ SiC ના ક્રિટિકલ શીયર સ્ટ્રેસ કરતાં વધી જાય છે, જે સ્લિપ સિસ્ટમને સક્રિય કરે છે. BPDs સ્ફટિક વૃદ્ધિ દિશાને લંબરૂપ હોવાથી, તે મુખ્યત્વે સ્ફટિક વૃદ્ધિ અને ઠંડક દરમિયાન રચાય છે.
• વરાળ તબક્કા રચના ગુણોત્તર ગોઠવણ ટેકનોલોજી
  વૃદ્ધિ વાતાવરણમાં કાર્બન-થી-સિલિકોન ગુણોત્તર વધારવો એ સિંગલ-સ્ફટિક વૃદ્ધિને સ્થિર કરવા માટે એક અસરકારક માપ છે. ઉચ્ચ કાર્બન-થી-સિલિકોન ગુણોત્તર મોટા પગલાઓના બંચિંગને ઘટાડે છે, બીજ સ્ફટિક સપાટીની વૃદ્ધિની માહિતીને સાચવે છે અને પોલીટાઇપ રચનાને દબાવી દે છે.
• લો-સ્ટ્રેસ કંટ્રોલ ટેકનોલોજી
  સ્ફટિક વૃદ્ધિ દરમિયાન તણાવ સ્ફટિકના સમતલોને વાળવાનું કારણ બની શકે છે, જેના કારણે સ્ફટિકની ગુણવત્તા નબળી પડી શકે છે અથવા તો તિરાડ પણ પડી શકે છે. ઉચ્ચ તાણ બેઝલ સમતલના અવ્યવસ્થામાં પણ વધારો કરે છે, જે એપિટેક્સિયલ સ્તરની ગુણવત્તા અને ઉપકરણના પ્રદર્શનને પ્રતિકૂળ અસર કરી શકે છે.

6-ઇંચ SiC વેફર સ્કેનિંગ છબી

સ્ફટિકોમાં તણાવ ઘટાડવાની પદ્ધતિઓ:

• SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ્સના સંતુલન વિકાસને સક્ષમ બનાવવા માટે તાપમાન ક્ષેત્ર વિતરણ અને પ્રક્રિયા પરિમાણોને સમાયોજિત કરો.
• ક્રુસિબલ સ્ટ્રક્ચરને ઑપ્ટિમાઇઝ કરો જેથી ઓછામાં ઓછી મર્યાદાઓ સાથે મુક્ત સ્ફટિક વૃદ્ધિ થઈ શકે.
• બીજ સ્ફટિક અને ગ્રેફાઇટ ધારક વચ્ચે થર્મલ વિસ્તરણ મેળ ખાતું ન હોય તે ઘટાડવા માટે બીજ સ્ફટિક ફિક્સેશન તકનીકોમાં ફેરફાર કરો. એક સામાન્ય અભિગમ એ છે કે બીજ સ્ફટિક અને ગ્રેફાઇટ ધારક વચ્ચે 2 મીમીનું અંતર રાખવું.
• ઇન-સીટુ ફર્નેસ એનલીંગ લાગુ કરીને, આંતરિક તાણને સંપૂર્ણપણે મુક્ત કરવા માટે એનલીંગ તાપમાન અને અવધિને સમાયોજિત કરીને એનલીંગ પ્રક્રિયાઓમાં સુધારો કરો.

સિલિકોન કાર્બાઇડ ક્રિસ્ટલ ગ્રોથ ટેકનોલોજીમાં ભવિષ્યના વલણો

આગળ જોતાં, ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળી SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ તૈયારી ટેકનોલોજી નીચેની દિશામાં વિકાસ પામશે:

1. મોટા પાયે વૃદ્ધિ
   સિલિકોન કાર્બાઇડ સિંગલ ક્રિસ્ટલ્સનો વ્યાસ થોડા મિલીમીટરથી 6-ઇંચ, 8-ઇંચ અને તેનાથી પણ મોટા 12-ઇંચ કદમાં વિકસિત થયો છે. મોટા-વ્યાસના SiC ક્રિસ્ટલ્સ ઉત્પાદન કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરે છે, ખર્ચ ઘટાડે છે અને ઉચ્ચ-શક્તિવાળા ઉપકરણોની માંગને પૂર્ણ કરે છે.
2. ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળી વૃદ્ધિ
   ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ઉપકરણો માટે ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ્સ આવશ્યક છે. નોંધપાત્ર પ્રગતિ થઈ હોવા છતાં, માઇક્રોપાઇપ્સ, ડિસલોકેશન અને અશુદ્ધિઓ જેવી ખામીઓ હજુ પણ અસ્તિત્વમાં છે, જે ઉપકરણની કામગીરી અને વિશ્વસનીયતાને અસર કરે છે.
3. ખર્ચ ઘટાડો
   SiC ક્રિસ્ટલ તૈયારીનો ઊંચો ખર્ચ ચોક્કસ ક્ષેત્રોમાં તેનો ઉપયોગ મર્યાદિત કરે છે. વૃદ્ધિ પ્રક્રિયાઓને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા, ઉત્પાદન કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરવા અને કાચા માલના ખર્ચમાં ઘટાડો કરવાથી ઉત્પાદન ખર્ચ ઘટાડવામાં મદદ મળી શકે છે.
4. બુદ્ધિશાળી વૃદ્ધિ
   AI અને મોટા ડેટામાં પ્રગતિ સાથે, SiC ક્રિસ્ટલ ગ્રોથ ટેકનોલોજી વધુને વધુ બુદ્ધિશાળી ઉકેલો અપનાવશે. સેન્સર અને ઓટોમેટેડ સિસ્ટમ્સનો ઉપયોગ કરીને રીઅલ-ટાઇમ મોનિટરિંગ અને નિયંત્રણ પ્રક્રિયા સ્થિરતા અને નિયંત્રણક્ષમતામાં વધારો કરશે. વધુમાં, મોટા ડેટા એનાલિટિક્સ વૃદ્ધિ પરિમાણોને ઑપ્ટિમાઇઝ કરી શકે છે, ક્રિસ્ટલ ગુણવત્તા અને ઉત્પાદન કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરી શકે છે.

સેમિકન્ડક્ટર મટીરીયલ રિસર્ચમાં ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળી સિલિકોન કાર્બાઇડ સિંગલ ક્રિસ્ટલ તૈયારી ટેકનોલોજી મુખ્ય ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. જેમ જેમ ટેકનોલોજી આગળ વધશે તેમ તેમ SiC ક્રિસ્ટલ વૃદ્ધિ તકનીકો વિકસિત થતી રહેશે, જે ઉચ્ચ-તાપમાન, ઉચ્ચ-આવર્તન અને ઉચ્ચ-શક્તિ ક્ષેત્રોમાં એપ્લિકેશનો માટે મજબૂત પાયો પૂરો પાડશે.