Poczyniono postępy w badaniach 8-calowych monokryształów węglika krzemu

Charakterystyka wysokiej jakości kryształów warstwy epitaksjalnej SiC sprawia, że ​​warstwa epitaksjalna powinna mieć strukturę krystaliczną o wysokiej czystości i niskiej gęstości defektów, aby zapewnić niezawodność komponentów SiC. Powierzchnia warstwy epitaksjalnej o dobrej topografii powierzchni powinna być płaska i gładka, bez wyraźnych uskoków i cząstek zanieczyszczeń, co pomaga poprawić stabilność składników SiC. Elementy domieszkujące w warstwie epitaksjalnej powinny być równomiernie rozłożone, co może zapewnić stałą wydajność elektryczną elementów SiC. Aby uzyskać wysokiej jakości warstwę epitaksjalną SiC, wymagana jest zaawansowana technologia wzrostu i kontrola procesu. Jednocześnie potrzebna jest również warstwa epitaksjalna.

Węglik krzemu (SiC) to złożony półprzewodnik o szerokiej przerwie energetycznej, charakteryzujący się wysokim natężeniem pola przebicia (około 10 razy większym niż Si), wysokim współczynnikiem dryfu elektronów nasyconych (około 2 razy większym niż Si) i wysoką przewodnością cieplną (3 razy większą niż Si i 10 razy więcej niż GaAs). W porównaniu z podobnymi urządzeniami na bazie krzemu, urządzenia SiC mają zalety odporności na wysoką temperaturę, odporność na wysokie napięcie, charakterystykę wysokiej częstotliwości, wysoką wydajność konwersji, małe rozmiary i lekkość itp. oraz mają istotny potencjał zastosowania w pojazdach elektrycznych, transporcie kolejowym , przesył i transformacja energii wysokiego napięcia, fotowoltaika, komunikacja 5G i inne dziedziny. Wysokiej jakości, tanie i wielkogabarytowe podłoże monokrystaliczne SiC jest podstawą do przygotowania urządzeń SiC, a opanowanie technologii wzrostu i przetwarzania kryształów SiC z niezależnymi prawami własności intelektualnej było przedmiotem badań w pokrewnych dziedzinach.

Od 1999 roku zespół badawczy Chen Xiaolonga z Kluczowego Laboratorium Zaawansowanych Materiałów i Analizy Strukturalnej Instytutu Fizyki Chińskiej Akademii Nauk/Narodowego Centrum Badań nad Fizyką Materii Skondensowanej w Pekinie, w oparciu o niezależne innowacje, systematycznie bada podstawowe prawa termodynamiki i dynamikę wzrostu kryształów SiC za pomocą samodzielnie opracowanego sprzętu hodowlanego oraz zrozumiał mechanizm powstawania przejść fazowych i defektów podczas wzrostu kryształów. Zaproponowane metody defektu, kontroli rezystywności i rozszerzania stworzyły szereg kluczowych technologii, od sprzętu hodowlanego po wysokiej jakości hodowlę i przetwarzanie kryształów SiC, a także ciągłe zwiększanie średnicy kryształów SiC z mniej niż 10 mm (2000) do 2 cali (2005). . W 2006 roku zespół objął wiodącą rolę w industrializacji monokryształów SiC w Chinach, z sukcesem przekształcił wyniki badań w Pekinie Tianke Heda Semiconductor Co., LTD. i pomyślnie opracował 4-calowe (2010) i 6-calowe (2014) Monokryształy SiC dzięki połączeniu przemysłu, uniwersytetów i badań. Obecnie Pekin Tianke Heda zrealizował masową produkcję i sprzedaż 4-6-calowych podłoży SiC i stał się jednym z głównych dostawców międzynarodowych płytek przewodzących SiC.

Koszt urządzenia SiC składa się głównie z podłoża, epitaksjalnego, płyty przepływowej i uszczelnień oraz innych ogniw, a podłoże stanowi aż 45% kosztu urządzenia SiC. Aby obniżyć koszt pojedynczego urządzenia i jeszcze bardziej zwiększyć rozmiar podłoża SiC, głównym sposobem na zmniejszenie kosztów jest zwiększenie liczby urządzeń na jednym podłożu. 8-calowe podłoże SiC będzie miało znaczną przewagę w zakresie redukcji kosztów w porównaniu z 6-calowym podłożem. Donoszono, że pomyślnie opracowano międzynarodowe 8-calowe podłoże monokrystaliczne SiC, jednak jak dotąd na rynek nie wprowadzono żadnych produktów.

Trudność w hodowli 8-calowych kryształów SiC polega na tym, że: przede wszystkim należy wyhodować 8-calowy kryształ zaszczepiający; Po drugie, konieczne jest rozwiązanie problemu nierównomiernego pola temperatury i rozkładu materiału w fazie gazowej oraz wydajności transportu spowodowanego dużymi rozmiarami. Ponadto konieczne jest rozwiązanie problemu pękania kryształów spowodowanego zwiększonymi naprężeniami. Na podstawie istniejących badań w 2017 roku badacz Chen Xiaolong, doktorant Yang Naiji, pracownik naukowy Li Hui i główny inżynier Wang Wenjun rozpoczęli badania 8-calowego kryształu SiC. Dzięki ciągłym badaniom opanowali rozkład pola w temperaturze pokojowej i charakterystykę transportu fazy gazowej w wysokiej temperaturze w przypadku 8-calowego wzrostu. Wykorzystując 6-calowy SiC jako kryształ zaszczepiający, zaprojektowali urządzenie sprzyjające ekspansji i wzrostowi SiC. Rozwiązano problem zarodkowania polikrystalicznego na krawędzi kryształów zaszczepiających w procesie zwiększania średnicy. Nowy typ urządzenia wzrostowego ma na celu poprawę efektywności transportu surowców. Poprzez wiele iteracji rozmiar kryształu SiC jest stopniowo zwiększany. Udoskonalając proces wyżarzania, zmniejsza się naprężenia w krysztale i hamuje pękanie kryształu. 8-calowy kryształ SiC został początkowo wyhodowany na samodzielnie opracowanym podłożu w październiku 2021 r.

Pomyślny rozwój 8-calowego przewodzącego monokryształu SiC to kolejny przełomowy postęp Instytutu Fizyki w dziedzinie półprzewodników o szerokiej przerwie energetycznej. Po przekształceniu wyników badań i rozwoju pomoże to zwiększyć międzynarodową konkurencyjność chińskiego podłoża monokrystalicznego SiC i będzie promować szybki rozwój chińskiego przemysłu półprzewodników o szerokiej przerwie energetycznej.

TECHNOLOGIE FOUNTYL PTE. SP. Z O.O. jest nowoczesnym przedsiębiorstwem w dziedzinie zaawansowanej ceramiki, zajmującej się badaniami i rozwojem, produkcją i sprzedażą jako jednym, produkującym głównie porowatą ceramikę, tlenek glinu, tlenek cyrkonu, azotek krzemu, węglik krzemu, azotek glinu, mikrofalową ceramikę dielektryczną i inne zaawansowane materiały ceramiczne. nasz specjalnie zaproszony japoński ekspert ds. technologii ma ponad 30-letnie doświadczenie w branży półprzewodników, skutecznie dostarcza specjalne rozwiązania ceramiczne charakteryzujące się odpornością na zużycie, odpornością na korozję, odpornością na wysoką temperaturę, wysoką przewodnością cieplną oraz izolacją dla klientów krajowych i zagranicznych.