Mbinu kuu za kukuza fuwele moja za silicon carbide ni pamoja na Usafiri wa Mvuke wa Kimwili (PVT), Ukuaji wa Suluhisho la Juu-Seeded (TSSG), na Uwekaji wa Mvuke wa Kemikali wa Joto la Juu (HT-CVD).

Kati ya hizi, mbinu ya PVT imekuwa mbinu ya msingi ya uzalishaji wa viwandani kutokana na usanidi wake rahisi wa vifaa, urahisi wa uendeshaji na udhibiti, na vifaa vya chini na gharama za uendeshaji.

---

Mambo Muhimu ya Kiufundi ya Ukuaji wa SiC Crystal Kwa Kutumia Mbinu ya PVT

Ili kukuza fuwele za silicon carbide kwa kutumia mbinu ya PVT, vipengele kadhaa vya kiufundi lazima vidhibitiwe kwa uangalifu:

1. Usafi wa Nyenzo za Graphite kwenye Uga wa Joto
   Nyenzo za grafiti zinazotumiwa katika uwanja wa joto wa ukuaji wa fuwele lazima zikidhi mahitaji madhubuti ya usafi. Maudhui ya uchafu katika vipengele vya grafiti yanapaswa kuwa chini ya 5×10⁻⁶, na kwa hisia za insulation chini ya 10×10⁻⁶. Hasa, maudhui ya boroni (B) na alumini (Al) lazima kila moja iwe chini ya 0.1×10⁻⁶.

2. Polarity Sahihi ya Kioo cha Mbegu
   Data ya kimajaribio inaonyesha kwamba C-face (0001) inafaa kwa ajili ya kukua fuwele za 4H-SiC, wakati Si-face (0001) inafaa kwa ukuaji wa 6H-SiC.

3. Matumizi ya Fuwele za Mbegu za Off-Axis
   Mbegu zisizo na mhimili zinaweza kubadilisha ulinganifu wa ukuaji, kupunguza kasoro za fuwele, na kukuza ubora bora wa fuwele.

4. Mbinu ya Kuaminika ya Kuunganisha Kioo cha Mbegu
   Kuunganisha vizuri kati ya kioo cha mbegu na mmiliki ni muhimu kwa utulivu wakati wa ukuaji.

5. Kudumisha Uthabiti wa Kiolesura cha Ukuaji
   Wakati wa mzunguko mzima wa ukuaji wa fuwele, kiolesura cha ukuaji lazima kibaki thabiti ili kuhakikisha maendeleo ya hali ya juu ya fuwele.

 

---

Teknolojia za Msingi katika Ukuaji wa SiC Crystal

1. Teknolojia ya Doping kwa Poda ya SiC

Poda ya Doping SiC yenye cerium (Ce) inaweza kuleta utulivu wa ukuaji wa aina moja kama vile 4H-SiC. Mazoezi yameonyesha kuwa Ce doping inaweza:

• Kuongeza kiwango cha ukuaji wa fuwele za SiC;

• Kuboresha mwelekeo wa kioo kwa ukuaji zaidi sare na mwelekeo;

• Kupunguza uchafu na kasoro;

• Zuia kutu ya upande wa nyuma wa kioo;

• Boresha kiwango cha mavuno ya fuwele moja.

2. Udhibiti wa Axial na Radial Thermal Gradients

Viingilio vya halijoto ya axial huathiri aina ya fuwele ya aina nyingi na kasi ya ukuaji. Gradient ambayo ni ndogo sana inaweza kusababisha inclusions za polytype na kupunguzwa kwa usafiri wa nyenzo katika awamu ya mvuke. Kuboresha gradient axial na radial ni muhimu kwa ukuaji wa haraka na thabiti wa fuwele na ubora thabiti.

3. Teknolojia ya Kudhibiti Utengaji wa Ndege ya Msingi (BPD).

BPD huunda hasa kwa sababu ya mkazo wa kukata nywele unaozidi kizingiti muhimu katika fuwele za SiC, kuwezesha mifumo ya kuteleza. Kwa vile BPD ziko sawa kwa mwelekeo wa ukuaji, kwa kawaida hutokea wakati wa ukuaji wa fuwele na baridi. Kupunguza mkazo wa ndani kunaweza kupunguza sana msongamano wa BPD.

4. Udhibiti wa Uwiano wa Awamu ya Mvuke

Kuongeza uwiano wa kaboni-kwa-silicon katika awamu ya mvuke ni njia iliyothibitishwa ya kukuza ukuaji wa aina moja. Uwiano wa juu wa C/Si hupunguza mkusanyiko wa macrostep na kubakiza urithi wa uso kutoka kwa fuwele ya mbegu, na hivyo kukandamiza uundaji wa aina nyingi zisizohitajika.

5. Mbinu za Ukuaji wa Mkazo wa Chini

Mkazo wakati wa ukuaji wa fuwele unaweza kusababisha ndege za kimiani zilizopinda, nyufa, na msongamano mkubwa wa BPD. Kasoro hizi zinaweza kuendelea hadi kwenye tabaka za epitaxial na kuathiri vibaya utendakazi wa kifaa.

Mikakati kadhaa ya kupunguza mkazo wa kioo wa ndani ni pamoja na:

• Kurekebisha usambazaji wa uwanja wa mafuta na vigezo vya mchakato ili kukuza ukuaji wa karibu wa usawa;

• Kuboresha muundo wa crucible ili kuruhusu kioo kukua kwa uhuru bila kizuizi cha mitambo;

• Kuboresha usanidi wa kishikilia mbegu ili kupunguza kutolingana kwa upanuzi wa mafuta kati ya mbegu na grafiti wakati wa joto, mara nyingi kwa kuacha pengo la mm 2 kati ya mbegu na mmiliki;

• Kusafisha michakato ya kupenyeza, kuruhusu fuwele kupoa na tanuru, na kurekebisha halijoto na muda ili kuondoa mfadhaiko wa ndani kikamilifu.

---

Mitindo ya Teknolojia ya Ukuaji wa SiC Crystal

1. Ukubwa Kubwa wa Kioo
Vipenyo vya fuwele moja vya SiC vimeongezeka kutoka milimita chache hadi inchi 6, inchi 8 na hata kaki za inchi 12. Kaki kubwa huongeza ufanisi wa uzalishaji na kupunguza gharama, huku zikikidhi matakwa ya programu za kifaa chenye nguvu nyingi.

2. Ubora wa Juu wa Kioo
Fuwele za SiC za ubora wa juu ni muhimu kwa vifaa vya utendaji wa juu. Licha ya maboresho makubwa, fuwele za sasa bado zinaonyesha kasoro kama vile mirija midogo, mitengano na uchafu, ambayo yote yanaweza kuharibu utendakazi na utegemezi wa kifaa.

3. Kupunguza Gharama
Uzalishaji wa fuwele wa SiC bado ni ghali, unazuia kupitishwa kwa upana. Kupunguza gharama kupitia michakato iliyoboreshwa ya ukuaji, kuongezeka kwa ufanisi wa uzalishaji, na gharama ya chini ya malighafi ni muhimu kwa kupanua matumizi ya soko.

4. Akili Viwanda
Pamoja na maendeleo katika akili bandia na teknolojia kubwa ya data, ukuaji wa kioo wa SiC unaelekea kwenye michakato ya akili na ya kiotomatiki. Sensorer na mifumo ya udhibiti inaweza kufuatilia na kurekebisha hali ya ukuaji katika muda halisi, kuboresha uthabiti wa mchakato na kutabirika. Uchanganuzi wa data unaweza kuboresha zaidi vigezo vya mchakato na ubora wa fuwele.

Ukuzaji wa teknolojia ya hali ya juu ya ukuaji wa fuwele ya SiC ni lengo kuu katika utafiti wa vifaa vya semiconductor. Kadiri teknolojia inavyoendelea, mbinu za ukuaji wa fuwele zitaendelea kubadilika na kuboreshwa, zikitoa msingi thabiti wa programu za SiC katika vifaa vya halijoto ya juu, masafa ya juu na vifaa vya elektroniki vya nguvu nyingi.