SiC单晶生长设备热场设计分析

在硅碳化物(SiC)单晶生长设备的热场设计中,充分考虑了温度分布、热流分布和热应力等关键因素,这对确保单晶质量、提高生长效率和延长设备寿命至关重要,热场设计涉及炉体结构、加热系统、冷却系统以及温度控制系统等多个方面,需要综合考虑热工学、材料学和机械工程等多个学科的知识。

SiC单晶生长热力学和动力学的研究

升华法生长大直径碳化硅 (SiC)单晶一直是近年来国内外研究的重点 ,本文对Si C系中的Si,Si2 ,Si3 ,C ,C2 ,C3 ,C4,C5,SiC ,Si2 C ,SiC2 等气相物种的热力学平衡过程进行了研究 ,发现SiC生长体系中的主要物种为Si,Si2 C ,SiC2 。生长初期Si的分压较高 ,从而SiC生长为富硅生长模式。对外加气体进行研究发现 ,氩气为最好的外加气体 ,它既可以有效地抑制Si物质流传输 ,又可以减缓扩散系数随温度升高而递减的趋势。建立了简单一维传输模型 ,对三个主要物种的动力学输运过程进行了研究 ,计算得到了两个温度梯度下的主要物种的物质流密度。

SiC单晶的生长及其器件研制进展

SiC具有禁带宽度大、热导率高、电子的饱和漂移速度大、临界击穿电场高和介电常数低等特点在高频、大功率、耐高温、抗辐照的半导体器件及紫外探测器和短波发光二极管等方面具有广泛的应用前景.本文综述了半导体SiC体单晶和薄膜的生长及其器件研制的概况.

6H-SiC单晶(0001)Si-面的表面生长形貌

利用光学显微镜的反射模式观察了升华法生长的 6H SiC单晶 (0 0 0 1)Si 面的生长形貌 ,应用台阶仪测定了生长台阶高度。实验发现 ,6H SiC单晶的生长台阶呈螺旋状 ,生长台阶呈现出了韵律束合现象。在单晶中间部分 ,生长台阶稀疏 ,台面较宽 ,约 80 μm左右 ,台阶高度较小 ,约 2 0～ 5 0nm ,比较宽的台面上存在小生长螺旋。外围单晶区域 ,生长台阶比较密集 ,其台阶高度较大 ,约 30 0～ 70 0nm ,台面宽度较小 ,约 2～ 5 μm。生长台阶在前进过程中受单晶中的微管缺陷影响 。

金属硅化物熔体中不同形貌SiC晶体的生长

以过渡族金属硅化物为溶剂,采用自发熔渗法和溶液法来研究不同形貌SiC晶体在金属硅化物熔体中的生长情况.利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、体视显微镜等对熔渗试样和采用溶液法生长的单晶和晶须的形貌结构进行了观察和表征,利用X射线衍射仪(XRD)对采用溶液法生长的晶体和晶须进行了相组成和晶型的表征,并讨论了SiC晶须和SiC单晶的生长机理.结果表明,Fe5Si3、CoSi、Co4.5CrSi4.5、Ti2.3Si7.7等熔体适合生长SiC单晶,FeSi、FeSi2等熔体适合生长SiC晶须,而当Fe3Si熔体渗入SiC预制件后,仅有石墨相析出.

SiC单晶生长技术及器件研究进展

综述了近年来国外ＳｉＣ单晶及外延层生长、分立器件和集成电路的研究进展情况。

坩埚石墨化度对SiC单晶生长过程的影响

研究了用改进Lely法制备SiC单晶的过程中坩埚石墨化度对物质传输和晶体生长速度的影响。在不同温度下进行石墨化处理得到了实验所用的坩埚。用XRD方法定量测定了晶体生长前坩埚的石墨化度,并用SEM分析了晶体牛长后坩埚内壁的反应情况。实验结果表明,石墨坩埚在SiC晶体生长过程中是一个非常重要的碳源提供者；当坩埚的石墨化程度较低时,晶体的生长速度快,生长速度由生长温度所控制；随着坩埚石墨化程度的提高,晶体生长速度减慢并由坩埚石墨化度所控制：当石墨化度进一步提高的时候,籽晶被碳化,晶体不能正常生长。

第三代半导体SiC芯片关键装备现状及发展趋势

第三代半导体材料SiC具备熔点高、硬度大、稳定性好等特点,其制备工艺需要开发一些独特的工艺装备,主要涉及SiC单晶生长、衬底制备、外延生长和离子注入机及高温氧化炉等芯片制程关键装备。根据SiC技术及产业的发展特点,分析了当前SiC工艺设备特点及应用现状,展望了设备的未来发展趋势。

感应加热电源在SiC单晶生长炉中的控制与应用

基于SiC单晶生长炉的特点,引入通过RS485串行通信的控制方式,实现SIEMENSS7-300PLC的CP340模块对感应加热电源的控制,并给出相应的程序实现及最后实验对比结果。

高纯半绝缘4H-SiC单晶研究进展

阐述了高纯半绝缘4H-SiC单晶的研究历史,展望了未来高纯半绝缘4H-SiC衬底制备方法及SiC市场的发展方向,分别讨论了籽晶、生长压强和温度场分布3种因素对于SiC单晶生长的影响,并提出了改进方法。

第三代半导体材料生长与器件应用的研究

着重论述了以 ＳｉＣ和ＧａＮ为代表的第三代半导体材料的生长、器件及应用在近几年的发展情况．分析了目前常用的和正在研究的几种衬底材料，介绍了制备引ＳｉＣ和ＧａＮ单晶的方法．分析了ＳｉＣ和ＧａＮ器件工艺目前存在的问题和今后的研究方向．总结了ＳｉＣ和ＧａＮ器件的研制情况，指出单晶质量是限制器件发展的主要因素．分析了ＳｉＣ和ＧａＮ器件的目前应用和未来的市场前景，指出了ＳｉＣ和ＧａＮ材料、器件今后的研究重点和今后的发展方向．

SiC材料及器件研制的进展

作为第三代的半导体材料———SiC具有禁带宽度大、热导率高、电子的饱和漂移速度大、临界击穿电场高和介电常数低等特点 ,在高频、大功率、耐高温、抗辐照的半导体器件及紫外探测器和短波发光二极管等方面具有广泛的应用前景 .文章综述了半导体SiC材料生长及其器件研制的概况 .

宽禁带半导体碳化硅单晶生长和物性研究进展

本文介绍了最近几年在SiC单晶生长和晶片加工技术产业化进程中的系列进展。研究出SiC单晶生长的扩径技术,4英寸SiC晶体单晶直径达105 mm。晶体质量逐步提高,至2011年,大部分晶片微管密度小于1个/cm2,反映晶体结晶质量的X射线摇摆曲线半高宽小于20″;生长的导电型SiC晶体电阻率小于0.02Ω.cm,半绝缘型SiC晶体电阻率大于108Ω.cm,电阻率分布均匀性良好。研究出即开即用SiC晶片批量加工技术,晶片表面粗糙度低于0.2 nm,翘曲度和总厚度变化满足工业化批量生产要求。与此同时,在基础物性研究方面也取得了系列研究成果。首次在实验上给出了直接证据证明SiC晶体中的双空位能够诱导出磁性,并从理论上予以证明。利用多种方法在SiC衬底上成功制备出大面积、高质量、性能优异的石墨烯。

大尺寸碳化硅晶体生长热-质输运过程建模及数值仿真

碳化硅(SiC)电子器件的性能和成本受衬底质量影响,因此生长大直径高品质SiC单晶意义重大。物理气相传输(PVT)法是一种常用的生长方法,但其主要面临热场设计与气流控制问题。本工作对电阻加热PVT法生长150 mm SiC单晶完整过程开展数值仿真研究,建立描述SiC原料热解和再结晶及其多孔结构演变、热-质输运、晶体形貌变化的数理模型,用数值模拟手段研究晶体生长、原料演变与热场变化等过程间的耦合关系。结果显示:原料区侧面高温导致气流不均匀,晶面呈“W”形,原料区底部高温得到均匀气流和微凸晶面;长晶界面通过径向温度变化调节气相组分平衡压力,使晶面生长成等温线形状;晶体生长速率与原料温度、剩余原料量呈正相关。模拟结果与已报道实验结果吻合,对优化生长SiC单晶有指导意义。