સિલિકોન કાર્બાઇડ સિંગલ ક્રિસ્ટલ્સ ઉગાડવાની મુખ્ય પદ્ધતિઓમાં ભૌતિક વરાળ પરિવહન (PVT), ટોચ-સીડેડ સોલ્યુશન ગ્રોથ (TSSG), અને ઉચ્ચ-તાપમાન રાસાયણિક વરાળ ડિપોઝિશન (HT-CVD) નો સમાવેશ થાય છે.

આમાંથી, PVT પદ્ધતિ તેના પ્રમાણમાં સરળ સાધનો સેટઅપ, સંચાલન અને નિયંત્રણમાં સરળતા અને ઓછા સાધનો અને સંચાલન ખર્ચને કારણે ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન માટે પ્રાથમિક તકનીક બની ગઈ છે.

---

PVT પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને SiC ક્રિસ્ટલ ગ્રોથના મુખ્ય ટેકનિકલ મુદ્દાઓ

PVT પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને સિલિકોન કાર્બાઇડ સ્ફટિકો ઉગાડવા માટે, ઘણા તકનીકી પાસાઓનું કાળજીપૂર્વક નિરીક્ષણ કરવું આવશ્યક છે:

1. થર્મલ ક્ષેત્રમાં ગ્રેફાઇટ સામગ્રીની શુદ્ધતા
   સ્ફટિક વૃદ્ધિ થર્મલ ક્ષેત્રમાં વપરાતા ગ્રેફાઇટ સામગ્રીએ શુદ્ધતાની કડક આવશ્યકતાઓને પૂર્ણ કરવી આવશ્યક છે. ગ્રેફાઇટ ઘટકોમાં અશુદ્ધિઓનું પ્રમાણ 5×10⁻⁶ થી નીચે હોવું જોઈએ, અને ઇન્સ્યુલેશન ફેલ્ટ માટે 10×10⁻⁶ થી નીચે હોવું જોઈએ. ખાસ કરીને, બોરોન (B) અને એલ્યુમિનિયમ (Al) ની સામગ્રી 0.1×10⁻⁶ થી નીચે હોવી જોઈએ.

2. બીજ સ્ફટિકની યોગ્ય ધ્રુવીયતા
   પ્રયોગમૂલક માહિતી દર્શાવે છે કે C-ફેસ (0001) 4H-SiC સ્ફટિકો ઉગાડવા માટે યોગ્ય છે, જ્યારે Si-ફેસ (0001) 6H-SiC વૃદ્ધિ માટે યોગ્ય છે.

3. ઓફ-એક્સિસ સીડ ક્રિસ્ટલ્સનો ઉપયોગ
   અક્ષ સિવાયના બીજ વૃદ્ધિ સમપ્રમાણતા બદલી શકે છે, સ્ફટિક ખામીઓ ઘટાડી શકે છે અને સારી સ્ફટિક ગુણવત્તાને પ્રોત્સાહન આપી શકે છે.

4. વિશ્વસનીય બીજ સ્ફટિક બંધન તકનીક
   વૃદ્ધિ દરમિયાન સ્થિરતા માટે બીજ સ્ફટિક અને ધારક વચ્ચે યોગ્ય બંધન જરૂરી છે.

5. ગ્રોથ ઇન્ટરફેસની સ્થિરતા જાળવવી
   સમગ્ર સ્ફટિક વૃદ્ધિ ચક્ર દરમિયાન, ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા સ્ફટિક વિકાસને સુનિશ્ચિત કરવા માટે વૃદ્ધિ ઇન્ટરફેસ સ્થિર રહેવું આવશ્યક છે.

 

---

SiC ક્રિસ્ટલ ગ્રોથમાં મુખ્ય ટેકનોલોજીઓ

1. SiC પાવડર માટે ડોપિંગ ટેકનોલોજી

સેરિયમ (Ce) સાથે SiC પાવડરનું ડોપિંગ 4H-SiC જેવા એક જ પોલીટાઇપના વિકાસને સ્થિર કરી શકે છે. પ્રેક્ટિસ દર્શાવે છે કે Ce ડોપિંગ આ કરી શકે છે:

• SiC સ્ફટિકોના વિકાસ દરમાં વધારો;

• વધુ સમાન અને દિશાત્મક વૃદ્ધિ માટે સ્ફટિક દિશા સુધારવી;

• અશુદ્ધિઓ અને ખામીઓ ઘટાડે છે;

• સ્ફટિકના પાછળના ભાગના કાટને દબાવવો;

• સિંગલ ક્રિસ્ટલ ઉપજ દરમાં વધારો.

2. અક્ષીય અને રેડિયલ થર્મલ ગ્રેડિયન્ટ્સનું નિયંત્રણ

અક્ષીય તાપમાન ગ્રેડિયન્ટ્સ સ્ફટિક પોલીટાઇપ અને વૃદ્ધિ દરને અસર કરે છે. ખૂબ નાનો ગ્રેડિયન્ટ બાષ્પ તબક્કામાં પોલીટાઇપ સમાવેશ અને સામગ્રી પરિવહનમાં ઘટાડો તરફ દોરી શકે છે. સુસંગત ગુણવત્તા સાથે ઝડપી અને સ્થિર સ્ફટિક વૃદ્ધિ માટે અક્ષીય અને રેડિયલ ગ્રેડિયન્ટ્સ બંનેને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવું મહત્વપૂર્ણ છે.

3. બેઝલ પ્લેન ડિસલોકેશન (BPD) નિયંત્રણ ટેકનોલોજી

BPD મુખ્યત્વે SiC સ્ફટિકોમાં નિર્ણાયક થ્રેશોલ્ડ કરતાં વધુ શીયર સ્ટ્રેસને કારણે બને છે, જે સ્લિપ સિસ્ટમને સક્રિય કરે છે. BPD વૃદ્ધિની દિશામાં લંબ હોવાથી, તે સામાન્ય રીતે સ્ફટિક વૃદ્ધિ અને ઠંડક દરમિયાન ઉદ્ભવે છે. આંતરિક તાણ ઘટાડવાથી BPD ઘનતા નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડી શકાય છે.

4. વરાળ તબક્કા રચના ગુણોત્તર નિયંત્રણ

બાષ્પ તબક્કામાં કાર્બન-થી-સિલિકોન ગુણોત્તર વધારવો એ સિંગલ પોલીટાઇપ વૃદ્ધિને પ્રોત્સાહન આપવા માટે એક સાબિત પદ્ધતિ છે. ઉચ્ચ C/Si ગુણોત્તર મેક્રોસ્ટેપ બંચિંગ ઘટાડે છે અને બીજ સ્ફટિકમાંથી સપાટીના વારસાને જાળવી રાખે છે, આમ અનિચ્છનીય પોલીટાઇપ્સની રચનાને દબાવી દે છે.

5. ઓછા તણાવવાળી વૃદ્ધિ તકનીકો

સ્ફટિક વૃદ્ધિ દરમિયાન તણાવ વક્ર જાળીના સ્તરો, તિરાડો અને ઉચ્ચ BPD ઘનતા તરફ દોરી શકે છે. આ ખામીઓ એપિટેક્સિયલ સ્તરોમાં ફેલાઈ શકે છે અને ઉપકરણની કામગીરી પર નકારાત્મક અસર કરી શકે છે.

આંતરિક સ્ફટિક તણાવ ઘટાડવા માટેની ઘણી વ્યૂહરચનાઓ શામેલ છે:

• લગભગ સંતુલિત વૃદ્ધિને પ્રોત્સાહન આપવા માટે થર્મલ ફિલ્ડ વિતરણ અને પ્રક્રિયા પરિમાણોને સમાયોજિત કરવું;

• ક્રિસ્ટલને યાંત્રિક અવરોધ વિના મુક્તપણે વધવા દેવા માટે ક્રુસિબલ ડિઝાઇનને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવી;

• ગરમી દરમિયાન બીજ અને ગ્રેફાઇટ વચ્ચે થર્મલ વિસ્તરણ મેળ ખાતું ન હોય તે ઘટાડવા માટે બીજ ધારક રૂપરેખાંકનમાં સુધારો કરવો, ઘણીવાર બીજ અને ધારક વચ્ચે 2 મીમીનું અંતર છોડીને;

• એનેલીંગ પ્રક્રિયાઓને રિફાઇન કરવી, ભઠ્ઠીમાં સ્ફટિકને ઠંડુ થવા દેવું, અને આંતરિક તાણને સંપૂર્ણપણે દૂર કરવા માટે તાપમાન અને અવધિને સમાયોજિત કરવી.

---

SiC ક્રિસ્ટલ ગ્રોથ ટેકનોલોજીમાં વલણો

૧. મોટા ક્રિસ્ટલ કદ
SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ વ્યાસ ફક્ત થોડા મિલીમીટરથી વધીને 6-ઇંચ, 8-ઇંચ અને 12-ઇંચ વેફર્સ પણ થયા છે. મોટા વેફર્સ ઉત્પાદન કાર્યક્ષમતામાં વધારો કરે છે અને ખર્ચ ઘટાડે છે, જ્યારે ઉચ્ચ-શક્તિવાળા ઉપકરણ એપ્લિકેશનોની માંગને પૂર્ણ કરે છે.

2. ઉચ્ચ સ્ફટિક ગુણવત્તા
ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ઉપકરણો માટે ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા SiC સ્ફટિકો આવશ્યક છે. નોંધપાત્ર સુધારાઓ હોવા છતાં, વર્તમાન સ્ફટિકો હજુ પણ માઇક્રોપાઇપ્સ, ડિસલોકેશન અને અશુદ્ધિઓ જેવી ખામીઓ દર્શાવે છે, જે બધા ઉપકરણની કામગીરી અને વિશ્વસનીયતાને ઘટાડી શકે છે.

૩. ખર્ચમાં ઘટાડો
SiC ક્રિસ્ટલનું ઉત્પાદન હજુ પણ પ્રમાણમાં ખર્ચાળ છે, જે વ્યાપક અપનાવવાને મર્યાદિત કરે છે. બજાર એપ્લિકેશનના વિસ્તરણ માટે ઑપ્ટિમાઇઝ્ડ વૃદ્ધિ પ્રક્રિયાઓ દ્વારા ખર્ચ ઘટાડવો, ઉત્પાદન કાર્યક્ષમતામાં વધારો કરવો અને કાચા માલના ખર્ચમાં ઘટાડો કરવો મહત્વપૂર્ણ છે.

૪. બુદ્ધિશાળી ઉત્પાદન
કૃત્રિમ બુદ્ધિ અને મોટી ડેટા ટેકનોલોજીમાં પ્રગતિ સાથે, SiC ક્રિસ્ટલ વૃદ્ધિ બુદ્ધિશાળી, સ્વચાલિત પ્રક્રિયાઓ તરફ આગળ વધી રહી છે. સેન્સર અને નિયંત્રણ પ્રણાલીઓ વાસ્તવિક સમયમાં વૃદ્ધિની સ્થિતિઓનું નિરીક્ષણ અને સમાયોજિત કરી શકે છે, પ્રક્રિયા સ્થિરતા અને આગાહીમાં સુધારો કરી શકે છે. ડેટા એનાલિટિક્સ પ્રક્રિયા પરિમાણો અને ક્રિસ્ટલ ગુણવત્તાને વધુ ઑપ્ટિમાઇઝ કરી શકે છે.

સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલ્સ સંશોધનમાં ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળી SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ ગ્રોથ ટેકનોલોજીનો વિકાસ મુખ્ય ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. જેમ જેમ ટેકનોલોજી આગળ વધશે તેમ તેમ સ્ફટિક વૃદ્ધિ પદ્ધતિઓ વિકસિત અને સુધરતી રહેશે, જે ઉચ્ચ-તાપમાન, ઉચ્ચ-આવર્તન અને ઉચ્ચ-શક્તિવાળા ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં SiC એપ્લિકેશનો માટે મજબૂત પાયો પૂરો પાડશે.