Pertimbangan Utama untuk Memproduksi Kristal Tunggal Silikon Karbida (SiC) Berkualitas Tinggi

Metode utama untuk memproduksi kristal tunggal silikon karbida meliputi Physical Vapor Transport (PVT), Top-Seeded Solution Growth (TSSG), dan High-Temperature Chemical Vapor Deposition (HT-CVD).

Di antara metode-metode ini, PVT adalah metode yang paling banyak diadopsi dalam produksi industri karena pengaturan peralatan yang relatif sederhana, kemudahan pengendalian, serta biaya peralatan dan operasional yang lebih rendah.

Sorotan Teknis Metode PVT untuk Pertumbuhan Kristal SiC

Saat menumbuhkan kristal tunggal SiC menggunakan metode PVT, aspek teknis berikut sangat penting:

• Kemurnian Bahan Grafit

Grafit yang digunakan dalam medan termal harus memenuhi persyaratan kemurnian yang ketat. Kandungan pengotor dalam bagian grafit harus kurang dari 5×10⁻⁶, sedangkan felt isolasi harus di bawah 10×10⁻⁶. Secara khusus, kandungan boron (B) dan aluminium (Al) harus di bawah 0,1×10⁻⁶.​

• Pemilihan Polaritas Kristal Benih yang Tepat

Eksperimen telah menunjukkan bahwa bidang C (0001) cocok untuk menumbuhkan 4H-SiC, sedangkan bidang Si (0001) digunakan untuk pertumbuhan 6H-SiC.

• Penggunaan Kristal Benih Off-Axis

Benih off-axis membantu memecah simetri pertumbuhan dan mengurangi cacat pada kristal yang dihasilkan.

• Proses Pengikatan Benih Berkualitas Tinggi

Pengikatan yang andal antara kristal benih dan substrat sangat penting untuk pertumbuhan yang stabil.

• Mempertahankan Antarmuka Pertumbuhan yang Stabil

Sepanjang siklus pertumbuhan, sangat penting untuk menjaga stabilitas antarmuka pertumbuhan kristal untuk memastikan kualitas yang seragam.

Teknologi Inti dalam Pertumbuhan Kristal SiC

• Teknologi Doping dalam Bubuk SiC

  Doping bubuk silikon karbida dengan cerium (Ce) meningkatkan pertumbuhan stabil dari 4H-SiC polipeptida tunggal. Teknik doping ini dapat:

   

  • Meningkatkan laju pertumbuhan;

  • Meningkatkan orientasi kristalografi;

  • Menekan penggabungan pengotor dan pembentukan cacat;

  • Meningkatkan hasil kristal berkualitas tinggi;

  • Mencegah korosi bagian belakang dan meningkatkan monokristalinitas.

• Pengendalian Gradien Suhu Aksial dan Radial

  Gradien aksial secara signifikan memengaruhi morfologi kristal dan efisiensi pertumbuhan. Gradien yang terlalu kecil dapat menyebabkan pencampuran polipeptida dan pengurangan transportasi uap. Gradien aksial dan radial yang optimal mendukung pertumbuhan kristal yang cepat dan stabil.

• Pengendalian Dislokasi Bidang Basal (BPD)

  BPD muncul ketika tegangan geser internal melebihi ambang batas kritis, biasanya selama pertumbuhan dan pendinginan. Mengelola tegangan ini adalah kunci untuk meminimalkan cacat BPD.

• Pengendalian Rasio Komposisi Fase Gas

  Meningkatkan rasio karbon terhadap silikon dalam fase uap membantu menstabilkan pertumbuhan polipeptida tunggal dan mencegah penumpukan makro-langkah, sehingga menekan pembentukan polipeptida.

• Teknik Pertumbuhan Kristal Tegangan Rendah

  Tegangan internal dapat menyebabkan distorsi kisi, retakan kristal, dan peningkatan kepadatan dislokasi, yang semuanya menurunkan kualitas kristal dan kinerja perangkat hilir. Tegangan dapat dikurangi melalui:

   

  • Optimasi medan suhu dan proses untuk pertumbuhan mendekati kesetimbangan;

  • Mendesain ulang struktur wadah untuk memungkinkan ekspansi kristal bebas;

  • Meningkatkan metode pemasangan benih dengan menyisakan celah 2 mm antara benih dan penahan grafit untuk mengurangi ketidakcocokan ekspansi termal;

  • Annealing kristal di dalam tungku untuk melepaskan tegangan sisa, dengan penyesuaian suhu dan durasi yang cermat.

Tren Masa Depan dalam Teknologi Pertumbuhan Kristal Tunggal SiC

• Ukuran Kristal yang Lebih Besar

  Diameter kristal tunggal SiC telah tumbuh dari beberapa milimeter menjadi wafer 6 inci, 8 inci, dan bahkan 12 inci. Peningkatan skala meningkatkan efisiensi produksi, mengurangi biaya per unit, dan memenuhi kebutuhan perangkat berdaya tinggi.

• Kualitas Kristal yang Lebih Tinggi

  Meskipun kristal saat ini sangat ditingkatkan, tantangan tetap ada seperti pipa mikro, dislokasi, dan pengotor. Menghilangkan cacat ini sangat penting untuk mencapai perangkat dengan kinerja yang lebih tinggi.

• Pengurangan Biaya

  Mahalnya biaya pertumbuhan kristal SiC merupakan penghalang untuk adopsi yang luas. Mengurangi biaya melalui optimasi proses, pemanfaatan sumber daya yang lebih baik, dan bahan baku yang lebih murah adalah area penelitian utama.

​

• Manufaktur Cerdas

  Dengan kemajuan dalam AI dan data besar, pertumbuhan kristal cerdas sudah di depan mata. Sensor dan sistem kontrol otomatis dapat memantau dan menyesuaikan kondisi secara real time, meningkatkan stabilitas dan reproduktibilitas. Analitik data dapat lebih menyempurnakan proses untuk meningkatkan hasil dan kualitas.