Í kísilkarbíð eins kristalla vaxtarferlinu er líkamleg gufuflutningur núverandi almenna iðnvæðingaraðferðin. Fyrir PVT vaxtaraðferðina,kísilkarbíðdufthefur mikil áhrif á vaxtarferlið. Allar breytur afkísilkarbíðdufthafa bein áhrif á gæði einkristallavaxtar og rafeiginleika. Í núverandi iðnaðarumsóknum er það sem almennt er notaðkísilkarbíðduftnýmyndunarferli er sjálfbreiða háhitamyndunaraðferð.
Sjálf-útbreiðslu háhita nýmyndunaraðferðin notar háan hita til að gefa hvarfefnunum upphafsvarma til að hefja efnahvörf, og notar síðan eigin efnahvarfahita til að leyfa óhvarfðum efnum að halda áfram að ljúka efnahvörfunum. Hins vegar, þar sem efnahvörf Si og C gefa frá sér minni hita, verður að bæta öðrum hvarfefnum við til að viðhalda hvarfinu. Þess vegna hafa margir fræðimenn lagt til endurbætta sjálf-útbreiðslu nýmyndunaraðferð á þessum grundvelli, með því að kynna virkja. Sjálfsútbreiðsluaðferðin er tiltölulega auðveld í framkvæmd og auðvelt er að stjórna ýmsum breytum fyrir myndun stöðugt. Stórfelld nýmyndun uppfyllir þarfir iðnvæðingar.
Strax árið 1999 notaði Bridgeport sjálf-útbreiðslu háhitamyndunaraðferðina til að búa tilSiC duft, en það notaði etoxýsílan og fenólresín sem hráefni, sem var kostnaðarsamt. Gao Pan og aðrir notuðu háhreint Si-duft og C-duft sem hráefni til að búa tilSiC duftmeð háhitahvarfi í argon andrúmslofti. Ning Lina tilbúinn stór ögnSiC duftmeð secondary synthese.
Meðaltíðni örvunarhitunarofninn sem þróaður er af Second Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation blandar jafnt kísildufti og kolefnisdufti í ákveðnu stoichiometric hlutfalli og setur þau í grafítdeiglu. Thegrafít deiglaer sett í miðlungs tíðni örvunarhitunarofn til hitunar og hitabreytingin er notuð til að mynda og umbreyta lághitafasa og háhitafasa kísilkarbíð í sömu röð. Þar sem hitastig β-SiC nýmyndunarhvarfsins í lághitastiginu er lægra en rokkunarhitastig Si, getur nýmyndun β-SiC undir háu lofttæmi vel tryggt sjálfsfjölgunina. Aðferðin við að innleiða argon, vetni og HCl gas við myndun α-SiC kemur í veg fyrir niðurbrot áSiC duftá háhitastigi og getur í raun dregið úr köfnunarefnisinnihaldi í α-SiC dufti.
Shandong Tianyue hannaði gerviofn þar sem sílangas notaði sem sílikonhráefni og kolefnisduft sem kolefnishráefni. Magn hráefnisgass sem komið var fyrir var stillt með tveggja þrepa nýmyndunaraðferð og endanleg tilbúið kísilkarbíð kornastærð var á milli 50 og 5.000 um.
1 Stjórnarþættir duftmyndunarferlis
1.1 Áhrif kornastærðar dufts á kristalvöxt
Kornastærð kísilkarbíðdufts hefur mjög mikilvæg áhrif á vöxt eins kristalla í kjölfarið. Vöxtur SiC einkristalla með PVT aðferð er aðallega náð með því að breyta mólhlutfalli kísils og kolefnis í gasfasahlutanum og mólhlutfall kísils og kolefnis í gasfasahlutanum er tengt kornastærð kísilkarbíðdufts. . Heildarþrýstingur og kísil-kolefnishlutfall vaxtarkerfisins hækkar með minnkandi kornastærð. Þegar kornastærð minnkar úr 2-3 mm í 0,06 mm eykst kísil-kolefnishlutfallið úr 1,3 í 4,0. Þegar agnirnar eru litlar að vissu marki eykst Si-hlutþrýstingurinn og lag af Si-filmu myndast á yfirborði kristallsins sem er að vaxa, sem veldur gas-vökva-föstu vexti, sem hefur áhrif á fjölbreytileika, punktgalla og línugalla. í kristalinu. Þess vegna verður að stjórna kornastærð háhreins kísilkarbíðdufts vel.
Þar að auki, þegar stærð SiC duftagna er tiltölulega lítil, brotnar duftið hraðar niður, sem leiðir til of mikils vaxtar SiC einkristalla. Annars vegar, í háhitaumhverfi SiC einkristallavaxtar, eru tvö ferli nýmyndun og niðurbrot framkvæmd samtímis. Kísilkarbíðduft mun brotna niður og mynda kolefni í gasfasa og fasta fasa eins og Si, Si2C, SiC2, sem leiðir til alvarlegrar kolsýringar á fjölkristölluðu dufti og myndun kolefnisinnihalds í kristalinu; á hinn bóginn, þegar niðurbrotshraði duftsins er tiltölulega hratt, er kristalbygging hins vaxna SiC einkristalla viðkvæmt fyrir breytingum, sem gerir það erfitt að stjórna gæðum hins ræktaða SiC einkristalls.
1.2 Áhrif duftkristallaforms á kristalvöxt
Vöxtur SiC einkristalla með PVT aðferð er sublimation-endurkristöllunarferli við háan hita. Kristalform SiC hráefnis hefur mikilvæg áhrif á kristalvöxt. Í duftmyndunarferlinu verður lághitamyndunarfasinn (β-SiC) með teningsbyggingu einingafrumans og háhitamyndunarfasinn (α-SiC) með sexhyrndum uppbyggingu einingafrumunnar aðallega framleiddur. . Það eru mörg kísilkarbíð kristalform og þröngt hitastýringarsvið. Til dæmis mun 3C-SiC breytast í sexhyrnd kísilkarbíð fjölbreytileika, þ.e. 4H/6H-SiC, við hitastig yfir 1900°C.
Meðan á einkristalla vaxtarferlinu stendur, þegar β-SiC duft er notað til að rækta kristalla, er mólhlutfall kísils og kolefnis meira en 5,5, en þegar α-SiC duft er notað til að rækta kristalla er mólhlutfall kísils og kolefnis 1,2. Þegar hitastigið hækkar verða fasaskipti í deiglunni. Á þessum tíma verður mólhlutfallið í gasfasanum stærra, sem er ekki stuðlað að kristalvexti. Að auki myndast önnur óhreinindi í gasfasa, þar á meðal kolefni, kísill og kísildíoxíð, auðveldlega við fasaskiptaferlið. Tilvist þessara óhreininda veldur því að kristallinn ræktar örrör og tómarúm. Þess vegna verður að stjórna duftkristallaforminu nákvæmlega.
1.3 Áhrif duftóhreininda á kristalvöxt
Innihald óhreininda í SiC dufti hefur áhrif á sjálfsprottna kjarnamyndun meðan á kristalvexti stendur. Því hærra sem innihald óhreininda er, því minni líkur eru á því að kristallinn myndist af sjálfu sér. Fyrir SiC eru helstu málmóhreinindi B, Al, V og Ni, sem geta verið kynnt með vinnsluverkfærum við vinnslu kísildufts og kolefnisdufts. Meðal þeirra eru B og Al helstu grunnu orkustigsmóttökuóhreinindin í SiC, sem leiðir til lækkunar á SiC viðnám. Önnur málmóhreinindi munu kynna mörg orkustig, sem leiða til óstöðugra rafeiginleika SiC einkristalla við háan hita, og hafa meiri áhrif á rafmagnseiginleika háhreinsar hálfeinangrandi einkristalla hvarfefna, sérstaklega viðnám. Þess vegna verður að búa til eins mikið kísilkarbíðduft og mögulegt er.
1.4 Áhrif köfnunarefnisinnihalds í dufti á kristalvöxt
Magn köfnunarefnisinnihalds ákvarðar viðnám eins kristalla undirlagsins. Helstu framleiðendur þurfa að stilla styrk köfnunarefnisnotkunar í gerviefninu í samræmi við þroskað kristalvöxt meðan á duftmyndun stendur. Háhreint hálfeinangrandi kísilkarbíð einkristalt hvarfefni eru vænlegustu efnin fyrir rafeindaíhluti hersins. Til að rækta háhreint hálfeinangrandi einkristal hvarfefni með mikla viðnám og framúrskarandi rafmagnseiginleika, verður að stjórna innihaldi aðalóhreininda köfnunarefnisins í undirlaginu á lágu stigi. Leiðandi einkristal hvarfefni krefjast þess að köfnunarefnisinnihald sé stjórnað við tiltölulega háan styrk.
2 Lyklastýringartækni fyrir duftmyndun
Vegna mismunandi notkunarumhverfis kísilkarbíðhvarfefna hefur nýmyndunartæknin fyrir vaxtarduft einnig mismunandi ferla. Fyrir N-gerð leiðandi einkristalladuft er krafist mikillar óhreinindahreinleika og einfasa; en fyrir hálfeinangrandi einkristalvaxtarduft er strangt eftirlit með köfnunarefnisinnihaldi krafist.
2.1 Stýring á duftkornastærð
2.1.1 Nýmyndun hitastig
Með því að halda öðrum vinnsluskilyrðum óbreyttum var tekið sýni úr SiC dufti sem myndað var við myndun hitastigs 1900 ℃, 2000 ℃, 2100 ℃ og 2200 ℃ og greind. Eins og sýnt er á mynd 1 má sjá að kornastærðin er 250 ~ 600 μm við 1900 ℃ og kornastærðin eykst í 600 ~ 850 μm við 2000 ℃ og kornastærðin breytist verulega. Þegar hitastigið heldur áfram að hækka í 2100 ℃ er kornastærð SiC dufts 850 ~ 2360 μm og aukningin hefur tilhneigingu til að vera mild. Kornastærð SiC við 2200 ℃ er stöðug við um 2360 μm. Hækkun á myndun hitastigs frá 1900 ℃ hefur jákvæð áhrif á SiC kornastærð. Þegar myndun hitastigs heldur áfram að hækka úr 2100 ℃ breytist kornastærðin ekki lengur verulega. Þess vegna, þegar myndun hitastigs er stillt á 2100 ℃, er hægt að búa til stærri kornastærð með minni orkunotkun.
2.1.2 Myndunartími
Aðrar vinnsluaðstæður haldast óbreyttar og nýmyndunartíminn er stilltur á 4 klst, 8 klst og 12 klst. Mynduð SiC duft sýnatökugreining er sýnd á mynd 2. Í ljós kemur að nýmyndunartíminn hefur veruleg áhrif á kornastærð SiC. Þegar myndun tími er 4 klst, er kornastærðin aðallega dreift við 200 μm; þegar nýmyndunartíminn er 8 klst., eykst tilbúna kornastærðin verulega, aðallega dreift um 1 000 μm; eftir því sem nýmyndunartíminn heldur áfram að lengjast eykst kornastærðin enn frekar, aðallega dreift um 2 000 μm.
2.1.3 Áhrif kornastærðar hráefnis
Þar sem innlend framleiðslukeðja kísilefnis er smám saman bætt, er hreinleiki kísilefna einnig bætt enn frekar. Sem stendur eru kísilefnin sem notuð eru við myndun aðallega skipt í kornótt kísill og kísilduft, eins og sýnt er á mynd 3.
Mismunandi kísilhráefni voru notuð til að gera tilraunir með myndun kísilkarbíðs. Samanburður gerviafurðanna er sýndur á mynd 4. Greining sýnir að þegar notað er blokkkísilhráefni er mikið magn af Si frumefnum til staðar í vörunni. Eftir að kísilblokkinn er mulinn í annað sinn minnkar Si frumefnið í tilbúnu vörunni verulega, en það er enn til. Að lokum er kísilduft notað til nýmyndunar og aðeins SiC er til staðar í vörunni. Þetta er vegna þess að í framleiðsluferlinu þarf kornótt kísill í stórum stærðum að gangast undir yfirborðsmyndunarviðbrögð fyrst og kísilkarbíð er myndað á yfirborðinu, sem kemur í veg fyrir að innra Si-duftið sameinast frekar C-dufti. Þess vegna, ef blokkkísill er notaður sem hráefni, þarf að mylja það og síðan gangast undir efri nýmyndun til að fá kísilkarbíðduft fyrir kristalvöxt.
2.2 Duft kristal form stjórna
2.2.1 Áhrif myndun hitastigs
Með því að viðhalda öðrum vinnsluskilyrðum óbreyttum er myndun hitastigsins 1500 ℃, 1700 ℃, 1900 ℃ og 2100 ℃ og sýnishorn af myndað SiC dufti og greint. Eins og sýnt er á mynd 5 er β-SiC jarðgult og α-SiC er ljósara á litinn. Með því að fylgjast með lit og formgerð tilbúna duftsins er hægt að ákvarða að tilbúna afurðin sé β-SiC við hitastig 1500 ℃ og 1700 ℃. Við 1900 ℃ verður liturinn ljósari og sexhyrndar agnir birtast, sem gefur til kynna að eftir að hitastigið hækkar í 1900 ℃ gerist fasaskipti og hluta af β-SiC er breytt í α-SiC; þegar hitastigið heldur áfram að hækka í 2100 ℃, kemur í ljós að tilbúnu agnirnar eru gagnsæjar og α-SiC hefur í grundvallaratriðum verið breytt.
2.2.2 Áhrif nýmyndunartíma
Aðrar vinnsluaðstæður haldast óbreyttar og nýmyndunartíminn er stilltur á 4h, 8h og 12h, í sömu röð. Sýni úr mynduðu SiC duftinu er tekið og greint með diffractometer (XRD). Niðurstöðurnar eru sýndar á mynd 6. Nýmyndunartíminn hefur ákveðin áhrif á vöruna sem er mynduð með SiC dufti. Þegar nýmyndunartíminn er 4 klst og 8 klst, er tilbúna afurðin aðallega 6H-SiC; þegar nýmyndunartíminn er 12 klst. birtist 15R-SiC í vörunni.
2.2.3 Áhrif hráefnishlutfalls
Aðrir ferlar haldast óbreyttir, magn kísil-kolefnisefna er greint og hlutföllin eru 1,00, 1,05, 1,10 og 1,15 í sömu röð fyrir nýmyndunartilraunir. Niðurstöðurnar eru sýndar á mynd 7.
Af XRD litrófinu má sjá að þegar kísil-kolefnishlutfallið er meira en 1,05 kemur umfram Si fram í vörunni og þegar kísil-kolefnishlutfallið er minna en 1,05 kemur fram umfram C. Þegar kísil-kolefnishlutfallið er 1,05, er frjálsa kolefnið í tilbúnu vörunni í grundvallaratriðum útrýmt og enginn frjáls kísill birtist. Þess vegna ætti magnhlutfall kísil-kolefnishlutfalls að vera 1,05 til að mynda háhreint SiC.
2.3 Eftirlit með lágu niturinnihaldi í dufti
2.3.1 Tilbúið hráefni
Hráefnin sem notuð eru í þessari tilraun eru háhreint kolefnisduft og háhreint kísilduft með miðgildi 20 μm. Vegna lítillar kornastærðar og stórs tiltekins yfirborðs er auðvelt að taka upp N2 í loftinu. Þegar duftið er myndað verður það komið í kristalform duftsins. Fyrir vöxt N-gerð kristalla leiðir ójafn dópun N2 í duftinu til ójafnrar viðnáms kristalsins og jafnvel breytinga á kristalforminu. Köfnunarefnisinnihald tilbúna duftsins eftir að vetni er komið á er verulega lágt. Þetta er vegna þess að rúmmál vetnissameinda er lítið. Þegar N2 sem er aðsogað í kolefnisduftinu og kísilduftinu er hitað og brotið niður af yfirborðinu dreifist H2 að fullu inn í bilið milli duftanna með litlu rúmmáli og kemur í stað N2 og N2 sleppur úr deiglunni meðan á lofttæmi stendur, að ná þeim tilgangi að fjarlægja köfnunarefnisinnihaldið.
2.3.2 Myndunarferli
Við myndun kísilkarbíðdufts, þar sem radíus kolefnisatóma og köfnunarefnisatóma er svipaður, mun köfnunarefni koma í stað kolefnislausna í kísilkarbíði og eykur þar með köfnunarefnisinnihaldið. Þetta tilraunaferli tekur upp aðferðina við að kynna H2 og H2 hvarfast við kolefni og kísilþætti í myndun deiglunnar til að mynda C2H2, C2H og SiH lofttegundir. Innihald kolefnisþátta eykst með gasfasaflutningi og dregur þar með úr kolefnislausum stöðum. Tilgangurinn með því að fjarlægja köfnunarefni er náð.
2.3.3 Stýring á köfnunarefnisinnihaldi í bakgrunni ferlis
Hægt er að nota grafítdeiglur með stórum gropi sem viðbótar C uppsprettur til að gleypa Si gufu í gasfasahlutunum, draga úr Si í gasfasahlutunum og auka þannig C/Si. Á sama tíma geta grafítdeiglur einnig brugðist við Si andrúmslofti til að mynda Si2C, SiC2 og SiC, sem jafngildir því að Si andrúmsloftið færir C uppsprettu úr grafítdeiglunni inn í vaxtarloftið, eykur C hlutfallið og eykur einnig hlutfall kolefnis og kísils. . Þess vegna er hægt að auka hlutfall kolefnis og kísils með því að nota grafítdeiglur með stórum porosity, draga úr kolefnislausum stöðum og ná þeim tilgangi að fjarlægja köfnunarefni.
3 Greining og hönnun á einkristalduftmyndunarferli
3.1 Meginregla og hönnun nýmyndunarferlis
Í gegnum ofangreinda yfirgripsmikla rannsókn á eftirliti með kornastærð, kristalformi og köfnunarefnisinnihaldi duftsmíðinnar er lagt til myndun ferli. Háhreint C-duft og Si-duft eru valin og þeim er blandað jafnt og hlaðið í grafítdeiglu í samræmi við kísil-kolefnishlutfallið 1,05. Ferlið er aðallega skipt í fjögur stig:
1) Lághita denitrification ferli, ryksuga í 5×10-4 Pa, síðan setja inn vetni, gera hólfþrýstinginn um 80 kPa, viðhalda í 15 mínútur og endurtaka fjórum sinnum. Þetta ferli getur fjarlægt köfnunarefnisþætti á yfirborði kolefnisdufts og kísildufts.
2) Háhita denitrification ferli, ryksuga í 5×10-4 Pa, síðan hituð í 950 ℃, og síðan sett inn vetni, sem gerir hólfþrýstinginn um 80 kPa, viðhaldið í 15 mínútur og endurtekið fjórum sinnum. Þetta ferli getur fjarlægt köfnunarefnisþætti á yfirborði kolefnisdufts og kísildufts og knúið köfnunarefni í hitasviðið.
3) Nýmyndun á lághita fasaferli, tæmdu í 5×10-4 Pa, hitaðu síðan í 1350 ℃, haltu í 12 klukkustundir, settu síðan vetni til að gera hólfþrýstinginn um 80 kPa, geymdu í 1 klukkustund. Þetta ferli getur fjarlægt köfnunarefni sem hefur rokgað meðan á nýmyndun stendur.
4) Nýmyndun háhitastigsferlis, fylltu með ákveðnu gasrúmmálsflæðishlutfalli af háhreinu vetni og argon blönduðu gasi, gerðu hólfþrýstinginn um 80 kPa, hækka hitastigið í 2100 ℃, geymt í 10 klukkustundir. Þetta ferli lýkur umbreytingu kísilkarbíðdufts úr β-SiC í α-SiC og lýkur vexti kristalagna.
Að lokum, bíðið eftir að hitastig hólfsins kólni niður í stofuhita, fyllið að loftþrýstingi og takið duftið út.
3.2 Eftirvinnsluferli dufts
Eftir að duftið er búið til með ofangreindu ferli, verður það að vera eftirvinnslu til að fjarlægja laust kolefni, sílikon og önnur málmóhreinindi og skima kornastærðina. Fyrst er tilbúna duftið sett í kúluverksmiðju til að mylja og mulda kísilkarbíðduftið er sett í múffuofn og hitað í 450°C með súrefni. Frjálsa kolefnið í duftinu er oxað með hita til að mynda koltvísýringsgas sem sleppur úr hólfinu, þannig að frítt kolefni er fjarlægt. Í kjölfarið er súr hreinsivökvi útbúinn og settur í kísilkarbíð agnahreinsivél til að hreinsa til að fjarlægja kolefni, kísil og óhreinindi úr málmleifum sem myndast við nýmyndunarferlið. Eftir það er leifar sýrunnar þvegin í hreinu vatni og þurrkuð. Þurrkað duft er sigað í titringsskjá til að velja kornastærð fyrir kristalvöxt.
Pósttími: ágúst-08-2024