8 hazbeteko silizio karburo bakarreko kristalezko labeen teknologia oinarritzat hartuta

       Silizio karburoa tenperatura altuko, maiztasun handiko, potentzia handiko eta tentsio handiko gailuak egiteko material apropos bat da. Ekoizpenaren eraginkortasuna hobetzeko eta kostuak murrizteko, tamaina handiko silizio karburo substratuak prestatzea garapen zuzendaritza garrantzitsua da. Prozesuen eskakizunetara zuzentzea8 hazbeteko silizio karburoa (sic) kristal hazkunde bakarra, Silicon Carbide Lurrun Garraio Fisikoaren (PVT) metodoaren hazkunde mekanismoa aztertu zen, berogailu sistema (TAC gida eraztuna, TAC estalitako gurutzeak,TAC estalitako eraztunak, TAC estalitako plaka, Tac estalitako hiru petalo eraztuna, TAC estalitako hiru petalo gurutze, TAC estalitako titularra, grafito porotsua, feltro leuna, zurrumurrua SIC-estalitako kristal hazkunde suszetorea eta beste batzukSic kristal hazkunde prozesuaren ordezko piezakVemen erdieroaleek ematen dituzte), birziklect-ek birziklapen eta prozesu parametroen kontrol teknologiak silizio karburo bakarreko kristal-hazkunde bakarreko labeak aztertu ziren, eta 8 hazbeteko kristalak arrakastaz prestatu eta hazi ziren arlo termikoen simulazioaren azterketa eta prozesuko esperimentuen bidez.

Sarrera

      Silikonazko karburoa (SIC) hirugarren belaunaldiko erdieroaleen materialen ordezkari tipikoa da. Errendimenduaren abantailak ditu, hala nola, bandgap zabalera handiagoa, haustura handiagoa eremu elektrikoa eta eroankortasun termiko handiagoa. Tenperatura altuan, presio handiko eta maiztasun handiko eremuetan ondo egiten du eta Mematers Memateren Teknologia Mematerikoen arloan garapen nagusietako bat bihurtu da.  Gaur egun, silizio karburoen kristalen hazkunde industrialak lurruneko garraio fisikoa (PVT) erabiltzen du, eta horrek fase anitzeko, osagai anitzeko osagai anitzeko eta transferentziaren eta bero-fluxuen arteko elkarreragina duten arlo anitzeko arloko akoplamendu konplexuak dakartza. Hori dela eta, PVT hazkunde sistemaren diseinua zaila da eta prozesuaren parametroaren neurketa eta kontrolaCrystal Hazkunde ProzesuaZaila da, sortutako silikonazko karburoen kristalen eta kristal txikien kalitatearen kalitatea kontrolatzeko zailtasunak sortzea, silizio karburoa duten gailuen kostua substratu gisa mantentzen baita.

      Silikonaren karburoen fabrikaziorako ekipamendua silizio karburoen teknologiaren eta industria garapenaren oinarria da. Maila teknikoa, prozesuen gaitasuna eta silizioa karguak kristal bakarreko labeen bermea da. Silikonazko karburo bakarreko siliziozko gailuak substratu gisa, substratuaren balioa proportzio handienak dira,% 50 inguru. Tamaina handiko silikonazko karburoen hazkunde ekipamendu handiko garapenak, silikonazko karburo bakarreko substratu silikonaren errendimendua eta hazkunde-tasa hobetuz eta ekoizpen kostuak murriztea funtsezkoa da erlazionatutako gailuak aplikatzeko. Ekoizpen gaitasuna handitzeko eta silizio karburoen batez besteko kostua areagotzeko, silizio karburo substratuen tamaina zabaltzen da modu garrantzitsuenetako bat. Gaur egun, nazioarteko siliziozko karburo nagusiaren azpimultzoaren tamaina 6 hazbetekoa da, eta azkar eman da 8 hazbete.

       8 hazbeteko silikonazko karburuen garapenean konpondu behar diren teknologia nagusiak honako hauek dira: (1) tamaina handiko eremuko egitura termikoaren diseinua, tenperatura erradial txikiagoko gradientea lortzeko eta tenperatura gradiente handiagoa lortzeko 8 hazbeteko silikoko karburozko kristalen hazkuntzarako egokia da. (2) tamaina handiko birziklapena eta bobina altxatzeko eta higidura mekanismoa jaistea, gurutzeak kristal hazkuntzaren prozesuan biratu eta bobinarekin erlazionatzea prozesuaren eskakizunen arabera mugitzen da 8 hazbeteko kristalaren koherentzia bermatzeko eta hazkundea eta lodiera errazteko. (3) Prozesuen parametroen kontrol automatikoa kalitate handiko kristal hazkunde prozesu bakarraren beharrak betetzen dituzten baldintza dinamikoetan.

1 pvt Crystal Hazkunde Mekanismoa

       Pvt metodoa silizio karburo bakarreko kristalak prestatzea da SIC iturria grafito zilindriko zilindriko baten behealdean, eta SIC haziaren kristala gurutziltzailetik gertu kokatzen da. Gurutzea 2 300 ~ 2 400 ℃ berotzen da irrati maiztasunaren indukzio edo erresistentziaren arabera, eta grafito feltroak isolatuta dagografito porotsua. SIC iturritik hazitako kristaletik garraiatutako substantzia nagusiak SI, SI2C molekulak eta SIC2 dira. Seed Crystal-en tenperatura kontrolatu da beheko mikro-hautsan baino zertxobait txikiagoa izatea, eta tenperatura axial gradientea gurutziltzadan eratzen da. 1. irudian, silizio karburo-hautsak tenperatura altuan sublimatzen den bezala, gasaren fasearen osagai desberdinetako erreakzio gasak osatzeko, tenperatura gradientearen unitatean tenperatura baxuagoa duten tenperatura gradientearen azpian eta kristalizatu silizio karburu zilindriko bat osatzeko.

Pvt hazkundearen erreakzio kimiko nagusiak hauek dira:

Sic (k) ⇌ si (g) + c (s)

2sic ⇌ eta₂C (g) + c (s)

2sic ⇌ sic2 (g) + si (l, g)

Sic (k) ⇌ sic (g)

SIC kristal bakarreko PVT hazkundearen ezaugarriak hauek dira:

1) Gas-solido bi interfaze daude: bat da gas-sic hautsaren interfazea, eta bestea gas-kristal interfazea da.

2) Gas fasea bi substantzia motaz osatuta dago: bat da sisteman sartutako molekula inerteak; bestea, deskonposizioak eta sublimazioa sortutako Simcn gasaren osagaiaren osagaiaren osagaiaren fasea daSic hautsa. Simcn gasaren fasearen osagaiak elkarren artean elkarreragiten dute eta kristalizazio prozesuaren baldintzak betetzen dituzten SIMCN deituriko gas fasearen osagaiaren zati bat SIC kristalera joango da.

3) Silikonazko karburo solidoaren erreakzioetan surdituren bidez, partikula batzuen artean, partikulen arabera, partikulen tamaina eta morfologia kristalografikoa osatzen duten partikula batzuen artean, karbono-partikulen edo karbono partikulengatik eraldatzen diren silikonazko karbono partikulen bidez. deskonposizioa eta sublimazioa.

4) Kristalaren hazkunde prozesuan, bi fase aldaketa izango dira.

2 Ekipamenduen diseinua 

      2. irudian erakusten den moduan, silizio karburo bakarreko azaleko labeak barne hartzen ditu batez ere: goiko estalkiaren muntaketa, ganbera muntaketa, berogailu sistema, birziklatzeko mekanismoa, estaldura txikiagoa eta kontrol sistema elektrikoa.

2.1 Berokuntza sistema 

     3. irudian erakusten den moduan, berogailu sistemak indukzio berogailua hartzen du eta indukzio bobina batez osatuta dagoGrafitoa Gurutzea, isolamendu geruza (Sentitu zurruna, Sentitu leuna) eta abar. Maiztasun ertaineko txandakako indukzio-bobina zeharkatuz, grafito gurutzatuaren kanpoko indukzio anitzeko bobina igarotzen denean, maiztasun bereko eremu magnetiko bat eratuko da grafito gurutzatuan, eragindako indar elektromotiboa sortuz. Garbitasun handiko grafito materialak eroankortasun ona duenez, korronte induzitua Crucible horman sortzen da, egungo eddy bat osatuz. Lorentz Force-ren ekintzapean, indarrean dagoen korrontea gurutziltzatuaren kanpoko horman bat egingo da (I.E., larruazaleko efektua) eta pixkanaka norabide erradialean ahultzen da. Ederretako korronteen existentzia dela eta, Joule beroa gurutzearen kanpoko horman sortzen da, hazkunde sistemaren berokuntza iturri bihurtuz. Joule beroaren tamaina eta banaketa zuzenean zehazten da gurutzilako tenperaturaren eremua, eta horrek, ondorioz, kristalaren hazkuntzari eragiten dio.

     4. irudian erakusten den moduan, indukzio bobina berogailu sistemaren funtsezkoa da. Bi bobina-egitura independenteen multzo bat hartzen du eta hurrenez hurren, doitasun-motaren goiko eta beheko mugimenduak ditu. Berokuntza sistema osoaren bero-galera gehiena bobina da, eta behartutako hozteak egin behar dira. Bobina kobrezko hodi batekin zaurituta dago eta barruan urak hoztu. Induzitutako korrontearen maiztasun-tartea 8 ~ 12 kHz da. Indukzio berokuntzaren maiztasunak grafito grafikoko eremu elektromagnetikoaren barneratze sakontasuna zehazten du. Bobina Mugimenduaren Mekanismoak motorraren torloju bikotearen mekanismoa erabiltzen du. Indukzio bobinak indukzio-hornidurarekin lankidetzan aritzen da barneko grafitoa gurutzearekin berotzeko hautsaren sublimazioa lortzeko. Aldi berean, bi bobina multzoen potentzia eta posizio erlatiboa kontrolatzen dira, beheko mikro-hautsan tenperatura baino txikiagoa izan dadin, hazien kristalaren eta hautsaren hautsaren arteko tenperatura erradialaren gradiente bat osatuz.

2.2 Biraketa-mekanismo gurutzagarria 

      Tamaina handiko hazkunde garaiansilizio karburo kristal bakarrak, barrunbearen hutsean dagoen giroan gurutzeak prozesuaren eskakizunen arabera biratzen jarraitzen du, eta gradientearen arlo termikoa eta presio baxuko egoera egonkor mantendu behar dira. 5. irudian ikusten den bezala, motorraren gidaritza-bikotea erabiltzen da gurutzearen biraketa egonkorra lortzeko. Fluidoen zigilatzeko egitura magnetikoa ardatz biratzeko zigilatze dinamikoa lortzeko erabiltzen da. Fluido Magnetikoen zigiluak imanaren oinetako magnetikoaren, polo magnetikoaren eta mahuka magnetikoaren artean eratzen da. Biraketa-mugimendua hutsezko ganberara transmititzen denean, likidoaren zigilatze-gailua zigilatze erraldoiaren desabantailak eta likido likidoak zigilatze sendoetan gainditzeko erabiltzen da eta likido magnetiko likidoak zigilatutako espazio osoa bete dezake, eta horrela, airearen ihesak eta geldialdiaren bi prozesuetan zero ihesak lortu ditzakete. Fluido magnetikoek eta giltzurruneko laguntza ur-hozteko egitura onartzen dute fluido magnetikoaren eta laguntza gurutzagarriaren tenperatura altuko aplikagarritasuna bermatzeko eta eremu termikoaren egoera lortzeko egonkortasuna lortzeko.

2.3 Azal txikiagoa altxatzeko mekanismoa

     Azaleko igoera mekanismoa disko motor batek, bola torloju batek, gida lineala, altxatzeko euskarria, labe estalkia eta labe estalkiaren euskarria ditu. Motorra torlojuaren gida parearekin lotzen den labe estalkiaren euskarria gidatzen du beheko estalkiaren goranzko mugimendua gauzatzeko.

     Azaleko igoera mekanismoak tamaina handiko gurutzeak kokatzea eta kentzea errazten du, eta garrantzitsuagoa da beheko labearen estalkiaren fidagarritasuna zigilatzea bermatzen duena. Prozesu osoan zehar, ganberak presio aldaketak aldatu ditu, hala nola hutsean, presio altua eta presio baxua. Beheko estalkiaren konpresio eta zigilatze-egoerak prozesuaren fidagarritasunari zuzenean eragiten dio. Zigiluak tenperatura altuan huts egiten duenean, prozesu osoa zapalduko da. Motor Servo kontrolatu eta mugatu gailuaren bidez, beheko estalkiaren muntaketaren estutasuna eta ganbera kontrolatzen da labeko ganbera zigilatzeko eraztunaren konpresio eta zigilatze egoera onena lortzeko, prozesuaren presioaren egonkortasuna bermatzeko, 6. irudian erakusten den moduan.

2.4 Kontrol elektriko sistema 

      Silizio karburoen kristalen hazkuntzan, prozesu-parametro desberdinak kontrolatu behar dira, batez ere bobinen posizioaren altuera, birziklazio-tasa gurutzagarria, berogailua eta tenperatura, gasaren sarrerako sarrera desberdinak eta balbula proportzionala irekitzea.

      7. irudian ikusten den bezala, kontrol sistemak kontroladore programagarria erabiltzen du zerbitzari gisa, zerbitzaria gidariarekin konektatuta dagoen autobusean barrena, bobina eta gurutzearen mugimendua kontrolatzeko; Tenperaturaren kontrolatzailearekin eta fluxu kontrolatzailearekin konektatuta dago Mobusrtu estandarraren bidez, tenperatura, presioa eta prozesu bereziko gas fluxuaren denbora errealean kontrolatzeko. Konfigurazio softwarearekin komunikazioa ezartzen du Ethernet-en bidez, sistemaren informazioa denbora errealean trukatzen du eta ostalariaren ordenagailuetan prozesuko parametroen inguruko informazioa bistaratzen du. Operadoreek, prozesuko langileek eta zuzendariek kontrol sistemarekin informazioa trukatzen dute giza makinaren interfazearen bidez.

     Kontrol sistemak eremu-datu bilduma guztiak egiten ditu, eragingailu guztien funtzionamendu egoera eta mekanismoen arteko harreman logikoa. Kontrolagailu programagarriak ostalariaren ordenagailuen argibideak jasotzen ditu eta sistemaren eragingailu bakoitzaren kontrola osatzen du. Prozesu automatikoko menuaren exekuzio eta segurtasun estrategia kontrolagailu programagarriak exekutatzen dira. Kontrolagailu programagarriaren egonkortasuna prozesuaren menuaren funtzionamenduaren egonkortasuna eta segurtasun fidagarritasuna bermatzen ditu.

     Goiko konfigurazioak kontrolagailu programagarriarekin datu trukaketa mantentzen du denbora errealean eta eremuko datuak bistaratzen ditu. Operazio-interfazeak ditu, hala nola berokuntza kontrola, presio kontrola, gasaren zirkuituaren kontrola eta motor kontrola, eta hainbat parametroen ezarpen balioak interfazean alda daitezke. Alarma parametroen jarraipena egiteko denbora errealean, pantailako alarmaren bistaratzea, alarma agerraldiaren eta berreskurapenaren datu zehatzak grabatzen ditu. Prozesuen datu guztien denbora errealeko grabazioa, pantailaren eragiketa edukia eta funtzionamendu denbora. Hainbat prozesuko parametroen fusioen kontrola kontrolagailu programagarriaren barruan dagoen azpiko kodearen bidez gauzatzen da eta gehienez 100 pauso gauzatu daitezke. Urrats bakoitzean dozena bat prozesuko parametro baino gehiago biltzen dira, hala nola prozesuko funtzionamendua, xede-potentzia, presioa, argon fluxua, nitrogeno fluxua, hidrogeno fluxua, gurutze-fluxua, gurutze-fluxua, gurutze-jarioa eta tasa gurutzagarria.

3 Eremu termikoen simulazioaren azterketa

    Eremu termikoaren simulazioaren azterketa eredua finkatuta dago. 8. irudia tenperatura hodeiko mapa da hazkunde gurutzatuaren ganberan. 4H-SIC kristalen hazkunde-tenperatura bermatzeko, hazien kristalaren erdiko tenperatura 2200 ℃ dela kalkulatzen da eta ertzaren tenperatura 2205,4 ℃ da. Une honetan, Gurutze Gurutzeko tenperatura 2167,5 ℃ da, eta hautsaren eremuaren tenperatura altuena (albokoa) 2274,4 ℃ da, tenperatura axial bat osatzen duena.

       Kristalaren gradiente erradialaren banaketa 9. irudian agertzen da. Hazi-kristalaren gainazalaren alboko tenperatura graduatzailearen gradienteak kristal hazkunde forma hobetu dezake. Egungo hasierako tenperatura aldea 5,4 ℃ da, eta forma orokorra ia laua da eta apur bat ganbila da, eta horrek tenperatura kontrolatzeko erradialaren kontrolaren zehaztasuna eta haziaren kristalaren gainazaleko uniformetasun baldintzak bete ditzake.

       Lehengaien gainazalaren eta hazien kristalaren gainazalaren arteko tenperatura-diferentzia da.

      Estimatutako hazkunde-tasa 11. irudian agertzen da. Hazkunde tasa azkarregiak polimorfismoa eta dislokazioa bezalako akats probabilitatea areagotu dezake. Egungo hazkunde tasa 0,1 mm / h-tik gertu dago, zentzuzko barrutian dagoena.

     Eremu termikoen simulazioaren analisiaren eta kalkuluaren bidez, hazien tenperatura eta ertzaren tenperatura 8 hazbeteko kristalaren tenperatura erradialaren gradientea betetzen dela iruditzen da. Aldi berean, gurutziltzadaren goiko eta behean tenperatura axialaren gradientea da, kristalaren luzera eta lodierarako egokia. Hazkunde sistemaren egungo berogailu metodoak 8 hazbeteko kristal bakarreko hazkundea izan dezake.

4 proba esperimentala

     Hau erabilizSilikonaren karburo kristal bakarreko labeak, eremu termikoaren simulazioaren tenperatura-gradientearen arabera, funtsezko tenperatura, barrunbearen presioa, barrunbearen presioa, birziklazio-abiadura eta beheko eta beheko bobinen posizio erlatiboa egokituz.

5 Ondorioz

     8 hazbeteko silizio karburo bakarreko kristalen hazkuntzarako funtsezko teknologiak, hala nola gradiente eremua, Mugimendu gurutzatuaren mekanismoa eta prozesuen parametroen kontrol automatikoa, aztertu ziren. Gurutze hazkunde ganberaren arlo termikoa simulatu eta aztertu zen tenperatura ezin hobea lortzeko. Probak egin ondoren, bobina bikoitzeko indukzioaren berokuntza metodoak tamaina handiko hazkundea bete dezakeSilizio karburo kristalak. Teknologia honen ikerketa eta garapenak ekipamendu teknologia eskaintzen du 8 hazbeteko karburozko kristalak lortzeko, eta Ekipamendu Fundazioa eskaintzen du silizio karburoaren industrializazioa 6 hazbeteko 8 hazbetera, silizio karburuen materialen hazkunde-eraginkortasuna eta kostuak murriztuz.