Lò nung phôi SiC cho phương pháp TSSG/LPE tinh thể SiC đường kính lớn
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý cốt lõi của quá trình phát triển thỏi silicon carbide pha lỏng liên quan đến việc hòa tan nguyên liệu thô SiC có độ tinh khiết cao trong kim loại nóng chảy (ví dụ, Si, Cr) ở nhiệt độ 1800-2100°C để tạo thành dung dịch bão hòa, sau đó là quá trình phát triển theo hướng có kiểm soát của các tinh thể đơn SiC trên các tinh thể mầm thông qua quá trình điều chỉnh độ dốc nhiệt độ và quá bão hòa chính xác. Công nghệ này đặc biệt phù hợp để sản xuất các tinh thể đơn 4H/6H-SiC có độ tinh khiết cao (>99,9995%) với mật độ khuyết tật thấp (<100/cm²), đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về chất nền đối với thiết bị điện tử công suất và thiết bị RF. Hệ thống phát triển pha lỏng cho phép kiểm soát chính xác loại độ dẫn điện của tinh thể (loại N/P) và điện trở suất thông qua thành phần dung dịch và các thông số phát triển được tối ưu hóa.
Thành phần cốt lõi
1. Hệ thống nồi nấu đặc biệt: Nồi nấu hỗn hợp than chì/tantalum có độ tinh khiết cao, chịu nhiệt độ >2200°C, chống ăn mòn nóng chảy SiC.
2. Hệ thống sưởi ấm đa vùng: Kết hợp điện trở/cảm ứng với độ chính xác kiểm soát nhiệt độ ±0,5°C (phạm vi 1800-2100°C).
3. Hệ thống chuyển động chính xác: Điều khiển vòng kín kép để xoay hạt giống (0-50 vòng/phút) và nâng (0,1-10 mm/giờ).
4. Hệ thống kiểm soát khí quyển: Bảo vệ bằng argon/nitơ có độ tinh khiết cao, áp suất làm việc có thể điều chỉnh (0,1-1atm).
5. Hệ thống điều khiển thông minh: Điều khiển dự phòng PLC + PC công nghiệp với giao diện giám sát tăng trưởng theo thời gian thực.
6. Hệ thống làm mát hiệu quả: Thiết kế làm mát bằng nước phân cấp đảm bảo hoạt động ổn định lâu dài.
So sánh TSSG và LPE
| Đặc trưng | Phương pháp TSSG | Phương pháp LPE |
| Nhiệt độ tăng trưởng | 2000-2100°C | 1500-1800°C |
| Tỷ lệ tăng trưởng | 0,2-1mm/giờ | 5-50μm/giờ |
| Kích thước tinh thể | Thỏi 4-8 inch | Lớp epi 50-500μm |
| Ứng dụng chính | Chuẩn bị chất nền | Lớp epi thiết bị nguồn |
| Mật độ khuyết tật | <500/cm² | <100/cm² |
| Các loại đa dạng thích hợp | 4H/6H-SiC | 4H/3C-SiC |
Ứng dụng chính
1. Điện tử công suất: Tấm nền 4H-SiC 6 inch cho MOSFET/diode 1200V+.
2. Thiết bị RF 5G: Chất nền SiC bán cách điện cho PA của trạm gốc.
3. Ứng dụng EV: Lớp epi siêu dày (>200μm) cho các mô-đun cấp ô tô.
4. Biến tần PV: Chất nền ít lỗi cho phép hiệu suất chuyển đổi >99%.
Ưu điểm cốt lõi
1. Ưu thế về công nghệ
1.1 Thiết kế đa phương pháp tích hợp
Hệ thống phát triển thỏi SiC pha lỏng này kết hợp sáng tạo các công nghệ phát triển tinh thể TSSG và LPE. Hệ thống TSSG sử dụng phương pháp phát triển dung dịch gieo hạt trên cùng với sự đối lưu nóng chảy chính xác và kiểm soát độ dốc nhiệt độ (ΔT≤5℃/cm), cho phép phát triển ổn định các thỏi SiC đường kính lớn 4-8 inch với sản lượng một lần chạy là 15-20kg đối với tinh thể 6H/4H-SiC. Hệ thống LPE sử dụng thành phần dung môi được tối ưu hóa (hệ thống hợp kim Si-Cr) và kiểm soát quá bão hòa (±1%) để phát triển các lớp epitaxial dày chất lượng cao với mật độ khuyết tật <100/cm² ở nhiệt độ tương đối thấp (1500-1800℃).
1.2 Hệ thống điều khiển thông minh
Được trang bị hệ thống kiểm soát tăng trưởng thông minh thế hệ thứ 4 có các tính năng:
• Giám sát tại chỗ đa phổ (phạm vi bước sóng 400-2500nm)
• Phát hiện mức độ nóng chảy dựa trên laser (độ chính xác ±0,01mm)
• Điều khiển vòng kín đường kính dựa trên CCD (biến động <±1mm)
• Tối ưu hóa tham số tăng trưởng được hỗ trợ bởi AI (tiết kiệm năng lượng 15%)
2. Ưu điểm về hiệu suất quy trình
2.1 Điểm mạnh cốt lõi của phương pháp TSSG
• Khả năng kích thước lớn: Hỗ trợ sự phát triển tinh thể lên đến 8 inch với độ đồng đều đường kính >99,5%
• Độ kết tinh cao: Mật độ sai lệch <500/cm², mật độ ống vi mô <5/cm²
• Độ đồng đều pha tạp: Biến thiên điện trở suất loại n <8% (wafer 4 inch)
• Tốc độ tăng trưởng được tối ưu hóa: Có thể điều chỉnh 0,3-1,2mm/h, nhanh hơn 3-5 lần so với phương pháp pha hơi
2.2 Điểm mạnh cốt lõi của phương pháp LPE
• Độ epitaxy khuyết tật cực thấp: Mật độ trạng thái giao diện <1×10¹¹cm⁻²·eV⁻¹
• Kiểm soát độ dày chính xác: Lớp epi 50-500μm với độ dày thay đổi <±2%
• Hiệu suất nhiệt độ thấp: thấp hơn 300-500℃ so với quy trình CVD
• Phát triển cấu trúc phức tạp: Hỗ trợ các mối nối pn, siêu mạng, v.v.
3. Ưu điểm về hiệu quả sản xuất
3.1 Kiểm soát chi phí
• Sử dụng 85% nguyên liệu thô (so với 60% thông thường)
• Tiêu thụ năng lượng thấp hơn 40% (so với HVPE)
• Thời gian hoạt động của thiết bị là 90% (thiết kế mô-đun giảm thiểu thời gian chết)
3.2 Đảm bảo chất lượng
• Kiểm soát quy trình 6σ (CPK>1,67)
• Phát hiện lỗi trực tuyến (độ phân giải 0,1μm)
• Khả năng truy xuất dữ liệu toàn bộ quy trình (hơn 2000 thông số thời gian thực)
3.3 Khả năng mở rộng
• Tương thích với polytype 4H/6H/3C
• Có thể nâng cấp lên mô-đun xử lý 12 inch
• Hỗ trợ tích hợp dị hợp SiC/GaN
4. Ưu điểm ứng dụng trong ngành
4.1 Thiết bị điện
• Chất nền có điện trở suất thấp (0,015-0,025Ω·cm) cho các thiết bị 1200-3300V
• Chất nền bán cách điện (>10⁸Ω·cm) cho ứng dụng RF
4.2 Công nghệ mới nổi
• Truyền thông lượng tử: Chất nền có độ nhiễu cực thấp (độ nhiễu 1/f <-120dB)
• Môi trường khắc nghiệt: Tinh thể chống bức xạ (giảm <5% sau khi chiếu xạ 1×10¹⁶n/cm²)
Dịch vụ XKH
1. Thiết bị tùy chỉnh: Cấu hình hệ thống TSSG/LPE được thiết kế riêng.
2. Đào tạo quy trình: Chương trình đào tạo kỹ thuật toàn diện.
3. Hỗ trợ sau bán hàng: Phản hồi kỹ thuật và bảo trì 24/7.
4. Giải pháp trọn gói: Dịch vụ toàn diện từ lắp đặt đến xác nhận quy trình.
5. Cung cấp vật liệu: Có sẵn 2 tấm nền SiC/tấm wafer epi dài 12 inch.
Những lợi thế chính bao gồm:
• Khả năng phát triển tinh thể lên đến 8 inch.
• Độ đồng đều về điện trở suất <0,5%.
• Thời gian hoạt động của thiết bị >95%.
• Hỗ trợ kỹ thuật 24/7.
