Kryształy pojedyncze węglika krzemowegoZastosowane w elektronikach mocy zaczynają się od materiału, który jest często pomijany: proszku źródłowego SiC załadowanego do kota wzrostu.

W fizycznym transporcie pary, czyli PVT, proszek źródłowy podgrzewa się do bardzo wysokiej temperatury.Zmiany węgla i Si zawierające gatunki pary są przewożone przez tyglik i odkładane na kryształy nasion SiCChociaż rozkład temperatury, ciśnienie, konstrukcja kota i jakość nasion są kluczowe, właściwości proszku źródłowego bezpośrednio wpływają na stabilność pary, włączenie zanieczyszczeń,szybkość wzrostu kule i użyteczny wydajność kryształu.

Z tego powodu proszek SiC półprzewodnikowy nie może być oceniany wyłącznie na podstawie czystości, rozmiaru cząstek, gęstości opakowania, wolnego krzemu, wolnego węgla, zawartości tlenu,Należy również wziąć pod uwagę skład politypu i spójność partii..

Dlaczego jakość proszku SiC ma znaczenie dla wzrostu PVT

Wyrost PVT zazwyczaj wykorzystuje gorzelnik grafitowy zawierający proszek SiC o wysokiej czystości.źródło stopniowo sublimuje i generuje gatunki pary, które poruszają się w kierunku chłodniejszego regionu nasion.

Proszek źródłowy zmienia się nieustannie podczas tego procesu:

• Cienkie cząstki mogą się szybko sublimywać na początku wzrostu.
• Większe cząstki mogą pozostać aktywne w dalszej fazie biegu.
• Pustki i kanały mogą powstać wewnątrz ładunku prochu.
• Składniki bogate w krzemo mogą być zużywane inaczej niż składniki bogate w węgiel.
• Nieczystości mogą odparowywać, migrować lub gromadzić się w różnych regionach.

Zmiany te wpływają na stosunek par Si/C i stabilność transportu masy. Niestabilne źródło może powodować zmiany średnicy kule, szybkości wzrostu, stabilności wielotypu i powstawania wad.

Badania nad optymalizacją źródła PVT wykazały, że gęstość pakowania proszku i rozkład wielkości cząstek mogą wpływać zarówno na wykorzystanie źródła, jak i stabilność procesu.Wysoka gęstość pakowania zwiększa ilość użytecznego materiału źródłowego w stałej objętości tygła, podczas gdy kontrolowane rozkład wielkości cząstek pomaga utrzymać bardziej stabilne zachowanie sublimacji podczas wzrostu.

Zrozumienie poziomu czystości proszku SiC

Proszek źródłowy SiC jest często opisany przy użyciu stopni czystości takich jak 4N, 5N lub 6N:

Jednak liczba dziewięciu nie dostarcza wystarczających informacji do wyboru źródła wzrostu kryształu.

Dwa proszki o tej samej całkowitej czystości mogą zachowywać się inaczej, jeśli jeden zawiera bor i aluminium, podczas gdy drugi zawiera głównie mniej aktywne zanieczyszczenia elektryczne.Kupujący powinni zatem zażądać raportu o zanieczyszczeniach pierwiastkowych, zamiast polegać wyłącznie na nominalnym procentach czystości.

Wyniki analityczne mogą również różnić się w zależności od metody badania i granicy wykrywalności.

Krytyczne zanieczyszczenia w proszku źródłowym SiC

Bor

Bor jest zanieczyszczeniem akceptorem w SiC. Nawet w niskich stężeniach może wpływać na kompensację nośnika i rezystywność elektryczną.

Kontrola borowa jest szczególnie ważna w przypadku produkcji SiC o wysokiej odporności lub półizolacji.Dopuszczalne stężenie zależy od specyfikacji kryształu docelowego i związku między borem, azotu i wszelkich celowo wprowadzonych dopantów na głębokim poziomie.

Azot

Azot działa jako dawca w SiC i jest powszechnie związany z przewodnictwem typu n. Azot może pochodzić z proszku źródłowego, atmosfery pieca, składników grafitu lub celowego dopingu.

Badania wykazały, że na stężenie azotu w syntetyzowanym proszku SiC mogą wpływać temperatura syntezy proszku i ciśnienie argonu.Azot włączony do źródła należy zatem uznać za część ogólnej strategii kontroli dopingu., zamiast traktować ją jedynie jako zewnętrzną zmienną gazu piecowego.

Aluminiowe

Aluminium jest kolejnym zanieczyszczeniem akceptorskim, które może wchodzić do źródła poprzez surowce, sprzęt przetwarzający proszek lub zanieczyszczone elementy pieca.

W przypadku materiału typu n nadmiar aluminium może kompensować nosicieli dawców i utrudniać kontrolę rezystywności.nieprzewidziane aluminium może zakłócić planowaną równowagę kompensacyjną.

Żelazo i inne metale przejściowe

Żelazo, tytan, wanad, chrom, nikel i inne metale mogą wprowadzać poziomy energii aktywnej lub wpływać na jednolitość optyczną i elektryczną.

Niektóre pierwiastki, takie jak wanadium, mogą być celowo dodawane w celu wytworzenia niektórych półizolacyjnych kryształów.Celowe doping wymaga znacznie ściślejszej koncentracji i kontroli jednolitości niż przypadkowe zanieczyszczenie.

Tlen

Tlen może pochodzić z utleniania powierzchni, surowców, warunków przechowywania lub środowisk obsługi proszku.Związki tlenku lub zanieczyszczenia wprowadzone podczas syntezy proszku.

Ponieważ proszek ma dużą powierzchnię całkowitą, drobny materiał może być szczególnie wrażliwy na utlenianie i narażenie na wilgoć.

Wolny krzem i wolny węgiel

Proszek może mieć wysoką nominalną czystość SiC, a jednocześnie zawierać niepożądany wolny krzem lub wolny węgiel.

Fazy te wpływają na skuteczny stosunek Si/C źródła i mogą zmieniać jego zachowanie sublimacyjne.proszek do wzrostu kryształu półprzewodnika powinien być badany pod kątem składu fazy, nie tylko śladowych zanieczyszczeń metalowych.

Badania nad oczyszczaniem SiC wykazały, że proszki zawierające wysoki poziom wolnego Si, wolnego C,tlen i zanieczyszczenia metalowe mogą powodować problemy, gdy są stosowane bezpośrednio do wzrostu jednokrystalicznego półprzewodnika.

Jak wielkość cząstek wpływa na wzrost PVT

Wielkość cząstek wpływa na opakowanie źródła, dostępną powierzchnię, przepływ gazu oraz szybkość ewolucji źródła podczas wzrostu.

komercyjne proszki SiC stosowane do rozwoju kryształów masowych mogą mieć rozmiary cząstek od kilkudziesięciu do kilkuset mikrometrów,ale nie ma jednej wielkości cząstek, która jest optymalna dla każdego reaktora PVTPrawidłowe rozmieszczenie zależy od geometrii tygła, pola cieplnego, czasu trwania wzrostu i wymiarów kul docelowych.W niedawnym przeglądzie opisano komercyjne proszki do wzrostu SiC o typowej średniej średnicy cząstek w zakresie około 50 500 μm.

Przesmakowany proszek

Nadmiernie drobny proszek może:

• Wzniosły szybko w początkowej fazie wzrostu;
• Mają większą powierzchnię powierzchni wystawioną na działanie tlenu i wilgoci;
• tworzą gęstą warstwę górną lub lokalną skorupę źródłową;
• zwiększenie wrażliwości na działanie zanieczyszczeń;
• Zmiana oporu przepływu gazu wewnątrz łóżka proszkowego.

Prostota proszku

Nadmiernie gruby proszek może:

• Zapewniają mniejszą gęstość opakowania;
• Pozostawić duże próżnie w ładunku źródłowym;
• Zmniejszenie efektywnej powierzchni sublimacji;
• tworzenie nierównomiernych lokalnych ścieżek przepływu gazu;
• Pozostawić większą ilość niewykorzystanego źródła po rozwoju.

Szeroka i wąska dystrybucja

Szeroki rozkład wielkości cząstek może poprawić pakowanie, ponieważ cienkie cząstki wypełniają przestrzenie między grubymi cząstkami.

Wąskie rozkład może sprawić, że zachowanie źródła jest bardziej przewidywalne, pod warunkiem że wybrany zakres wielkości wytwarza wystarczającą gęstość pakowania i podaż pary.

Wybór wielkości cząstek musi zatem zrównoważyć cztery cele:

1. Wysokie obciążenie źródła na ciekło;
2. Stabilne wytwarzanie pary;
3. kontrolowana przepuszczalność gazu;
4. Wysokie wykorzystanie źródeł na końcu biegu.

Gęstość opakowania i wykorzystanie źródła

Gęstość opakowania określa, ile proszku można załadować do danej objętości tyglika.Wyższe obciążenie może wspierać dłuższe biegi wzrostu lub większe kule bez zmiany wymiarów zewnętrznych tyglika.

Jednakże maksymalna gęstość nie jest automatycznie najlepszym warunkiem procesu.źródło może rozwijać lokalne kanały i regiony o różnych częstotliwościach sublimacji.

Ważne parametry obciążenia obejmują:

• masa proszku;
• gęstość masowa;
• gęstość wykorzystana;
• wysokość wypełnienia;
• Procedura załadunku;
• metoda zagęszczania;
• Segregacja wielkości cząstek podczas napełniania.

W przypadku produkcji powtarzalnej, parametry te powinny być rejestrowane jako część receptury wzrostu.

Polityp i skład fazowy

Polityp źródłowy nie określa jedynie końcowego politypu kule, ale również określa, czy jest to właściwe, czy nie.ponieważ orientacja nasion i warunki wzrostu odgrywają ważną rolę.

Niemniej jednak skład fazowy może wpływać na właściwości sublimacji źródła.Oczyszczony proszek beta-SiC został badany jako materiał źródłowy ze względu na jego zachowanie sublimacyjne i potencjał wspierania wzrostu w modyfikowanych warunkach temperatury.

Dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego jest zatem przydatna do potwierdzenia składu fazowego każdej partii proszku źródłowego.

Jak jakość proszku wpływa na wydajność PVT

Wydajność PVT nie powinna być mierzona wyłącznie przez całkowitą długość lub masę uprawianej kule.

• Stabilna średnica kule;
• Wykorzystalne długości monokrystaliczne;
• Stabilność wielokrotności;
• niska gęstość wad;
• Jednorodność rezystyczności;
• jednolitość substancji dopującej;
• zmniejszenie strat krawędzi;
• ilość pozostałego źródła;
• Liczba uzyskanych płytek pierwszej klasy.

Proszek, który zwiększa początkową szybkość wzrostu, ale wytwarza niestabilne warunki pary w późniejszym okresie, może zmniejszyć całkowitą użyteczną wydajność.

Podobnie bardzo czysty proszek może nadal źle działać, jeśli jego rozkład cząstek powoduje niską gęstość pakowania lub szybką ewolucję źródła.Najlepszym proszkiem jest ten, który zapewnia powtarzalny transport masy przez cały cykl wzrostu.

Zalecane metody kontroli

Pełny plan inspekcji przychodzących może obejmować:

W specyfikacji należy określić procedurę pobierania próbek, ponieważ jedna mała próbka może nie stanowić dużej partii proszku, zwłaszcza jeśli nastąpiła segregacja cząstek.

Wymogi dotyczące przechowywania i obróbki

Proszek SiC o wysokiej czystości może zostać skażony po produkcji. Kontakt z zwykłymi narzędziami metalowymi, otwartym powietrzem warsztatowym lub nieodpowiednim opakowaniem może wprowadzić cząstki i metale śladowe.

Zalecane środki kontroli obejmują:

• zamknięte, czyste opakowania;
• identyfikacja partii i pełna identyfikowalność;
• magazynowanie w warunkach niskiej wilgotności;
• dedykowane narzędzia niezanieczyszczające;
• kontrolowane obszary przenoszenia i ważenia;
• minimalne narażenie na działanie powietrza otoczenia;
• Oddzielne obróbki proszków dopingowanych i niedopingowanych;
• Dokumentowane procedury czyszczenia pojemników.

Z proszkiem należy również postępować ostrożnie, aby uniknąć rozdzielenia się cząstek wielkości.

Informacje do zawarcia w RFQ

W przypadku żądania proszku SiC o wysokiej czystości do wzrostu PVT należy określić:

• Przewidziane zastosowanie: 4H-SiC, 6H-SiC, przewodzący lub półizolujący wzrost kryształu;
• wymagana czystość nominalna;
• indywidualne limity zanieczyszczeń;
• wymagania w zakresie azotu i boru;
• ograniczenia wolnego krzemu, wolnego węgla i tlenu;
• zakres wielkości cząstek i ich rozkład;
• b. urządzenia do wykonywania pomiarów węglowodorów;
• Gęstość i gęstość wykorzystania;
• wymagana ilość proszku;
• wielkość opakowania i materiał opakowania;
• Metody analityczne i limity wykrywania;
• certyfikat wymagań dotyczących analizy;
• Wymagania dotyczące spójności partii i identyfikowalności.

W miarę możliwości proszek należy zakwalifikować poprzez kontrolowane badanie wzrostu.ale rzeczywista wydajność PVT pozostaje najbardziej bezpośrednim sposobem oceny stabilności źródła i użytecznej wydajności kryształu.

Wniosek

Proszek SiC o wysokiej czystości jest materiałem pochodnym, a nie prostym materiałem eksploatacyjnym.skład fazy i historia obsługi określają wspólnie, jak zachowuje się w piecu PVT.

Dla stabilnej produkcji kul SiC producenci muszą patrzeć poza liczbę dziewięciu w specyfikacji czystości.przewidywalna ewolucja źródła, spójne właściwości elektryczne i wysoka wydajność użytkowa w wielokrotnych cyklach wzrostu.