Βασισμένο σε τεχνολογία κλιβάνου ανάπτυξης μονού κρυστάλλου καρβιδίου του πυριτίου 8 ιντσών

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα από τα ιδανικά υλικά για την κατασκευή συσκευών υψηλής θερμοκρασίας, υψηλής συχνότητας, υψηλής ισχύος και υψηλής τάσης. Προκειμένου να βελτιωθεί η αποδοτικότητα της παραγωγής και να μειωθεί το κόστος, η προετοιμασία υποστρωμάτων καρβιδίου του πυριτίου μεγάλου μεγέθους είναι μια σημαντική κατεύθυνση ανάπτυξης. Με στόχο τις απαιτήσεις της διαδικασίας τουΑνάπτυξη μονοκρυστάλλου καρβιδίου του πυριτίου (SIC) 8 ιντσών, αναλύθηκε ο μηχανισμός ανάπτυξης της μεθόδου μεταφοράς φυσικού ατμού καρβιδίου του πυριτίου (PVT), το σύστημα θέρμανσης (TaC Guide Ring, TaC Coated Crucible,Δακτύλιοι με επίστρωση TaC, Πλάκα με επικάλυψη TaC, Δακτύλιος τριών πετάλων με επίστρωση TaC, Χωνευτήριο τριών πετάλων με επίστρωση TaC, Στήριγμα με επίστρωση TaC, Πορώδης γραφίτης, Μαλακό τσόχα, άκαμπτο τσόχα, επικαλυμμένο με SiC επιδεκτικό ανάπτυξης κρυστάλλου και άλλαΑνταλλακτικά SiC Single Crystal Growth Processπαρέχονται από την VeTek Semiconductor), η τεχνολογία περιστροφής χωνευτηρίου και ελέγχου παραμέτρων διεργασίας του κλιβάνου ανάπτυξης μονοκρυστάλλου καρβιδίου του πυριτίου μελετήθηκαν και οι κρύσταλλοι 8 ιντσών παρασκευάστηκαν με επιτυχία και αναπτύχθηκαν μέσω ανάλυσης προσομοίωσης θερμικού πεδίου και πειραμάτων διεργασίας.

0 Εισαγωγή

Το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) είναι τυπικός εκπρόσωπος των υλικών ημιαγωγών τρίτης γενιάς. Έχει πλεονεκτήματα απόδοσης όπως μεγαλύτερο πλάτος διάκενου ζώνης, υψηλότερο ηλεκτρικό πεδίο διάσπασης και υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα. Έχει καλή απόδοση σε πεδία υψηλής θερμοκρασίας, υψηλής πίεσης και υψηλής συχνότητας και έχει γίνει μια από τις κύριες κατευθύνσεις ανάπτυξης στον τομέα της τεχνολογίας υλικών ημιαγωγών. Έχει ένα ευρύ φάσμα αναγκών εφαρμογών σε νέα ενεργειακά οχήματα, φωτοβολταϊκή παραγωγή ενέργειας, σιδηροδρομικές μεταφορές, έξυπνο δίκτυο, επικοινωνία 5G, δορυφόρους, ραντάρ και άλλους τομείς. Επί του παρόντος, η βιομηχανική ανάπτυξη των κρυστάλλων καρβιδίου του πυριτίου χρησιμοποιεί κυρίως φυσική μεταφορά ατμών (PVT), η οποία περιλαμβάνει σύνθετα προβλήματα σύζευξης πολυφυσικών πεδίων πολυφασικής, πολλαπλών συστατικών, πολλαπλής μεταφοράς θερμότητας και μάζας και αλληλεπίδρασης μαγνητοηλεκτρικής ροής θερμότητας. Ως εκ τούτου, ο σχεδιασμός του συστήματος ανάπτυξης PVT είναι δύσκολος και η μέτρηση και ο έλεγχος των παραμέτρων της διαδικασίας κατά τη διάρκεια τουδιαδικασία ανάπτυξης κρυστάλλωνείναι δύσκολο, με αποτέλεσμα τη δυσκολία στον έλεγχο των ποιοτικών ελαττωμάτων των καλλιεργημένων κρυστάλλων καρβιδίου του πυριτίου και του μικρού μεγέθους κρυστάλλου, έτσι ώστε το κόστος των συσκευών με καρβίδιο του πυριτίου ως υπόστρωμα να παραμένει υψηλό.

Ο εξοπλισμός κατασκευής καρβιδίου του πυριτίου είναι το θεμέλιο της τεχνολογίας καρβιδίου του πυριτίου και της βιομηχανικής ανάπτυξης. Το τεχνικό επίπεδο, η ικανότητα διεργασίας και η ανεξάρτητη εγγύηση του κλιβάνου ανάπτυξης μονοκρυστάλλου καρβιδίου του πυριτίου είναι το κλειδί για την ανάπτυξη υλικών καρβιδίου του πυριτίου προς την κατεύθυνση του μεγάλου μεγέθους και της υψηλής απόδοσης, και είναι επίσης οι κύριοι παράγοντες που οδηγούν τη βιομηχανία ημιαγωγών τρίτης γενιάς. αναπτυχθούν προς την κατεύθυνση του χαμηλού κόστους και της μεγάλης κλίμακας. Επί του παρόντος, η ανάπτυξη συσκευών καρβιδίου του πυριτίου υψηλής τάσης, υψηλής ισχύος και υψηλής συχνότητας έχει σημειώσει σημαντική πρόοδο, αλλά η απόδοση παραγωγής και το κόστος προετοιμασίας των συσκευών θα γίνει ένας σημαντικός παράγοντας που θα περιορίζει την ανάπτυξή τους. Σε συσκευές ημιαγωγών με μονοκρύσταλλο καρβιδίου του πυριτίου ως υπόστρωμα, η αξία του υποστρώματος αντιπροσωπεύει το μεγαλύτερο ποσοστό, περίπου 50%. Η ανάπτυξη μεγάλου μεγέθους εξοπλισμού ανάπτυξης κρυστάλλων καρβιδίου του πυριτίου υψηλής ποιότητας, η βελτίωση της απόδοσης και του ρυθμού ανάπτυξης των μονοκρυσταλλικών υποστρωμάτων καρβιδίου του πυριτίου και η μείωση του κόστους παραγωγής είναι βασικής σημασίας για την εφαρμογή σχετικών συσκευών. Προκειμένου να αυξηθεί η προσφορά παραγωγικής ικανότητας και να μειωθεί περαιτέρω το μέσο κόστος των συσκευών καρβιδίου του πυριτίου, η επέκταση του μεγέθους των υποστρωμάτων καρβιδίου του πυριτίου είναι ένας από τους σημαντικούς τρόπους. Προς το παρόν, το διεθνές μέγεθος υποστρώματος καρβιδίου του πυριτίου είναι 6 ίντσες και έχει προχωρήσει γρήγορα στις 8 ίντσες.

Οι κύριες τεχνολογίες που πρέπει να επιλυθούν στην ανάπτυξη κλιβάνων ανάπτυξης μονοκρυσταλλικού καρβιδίου του πυριτίου 8 ιντσών περιλαμβάνουν: 1) Σχεδιασμό δομής θερμικού πεδίου μεγάλου μεγέθους για να ληφθεί μικρότερη ακτινωτή διαβάθμιση θερμοκρασίας και μεγαλύτερη διαμήκης διαβάθμιση θερμοκρασίας κατάλληλη για την ανάπτυξη από κρυστάλλους καρβιδίου του πυριτίου 8 ιντσών. 2) Μηχανισμός κίνησης περιστροφής χωνευτηρίου και ανύψωσης και χαμηλώματος χωνευτηρίου μεγάλου μεγέθους, έτσι ώστε το χωνευτήριο να περιστρέφεται κατά τη διαδικασία ανάπτυξης κρυστάλλων και να κινείται σε σχέση με το πηνίο σύμφωνα με τις απαιτήσεις της διαδικασίας για να διασφαλιστεί η συνοχή του κρυστάλλου 8 ιντσών και να διευκολυνθεί η ανάπτυξη και το πάχος . 3) Αυτόματος έλεγχος των παραμέτρων της διαδικασίας υπό δυναμικές συνθήκες που ανταποκρίνονται στις ανάγκες της υψηλής ποιότητας διαδικασίας ανάπτυξης μονού κρυστάλλου.

1 Μηχανισμός ανάπτυξης κρυστάλλων PVT

Η μέθοδος PVT είναι η παρασκευή μονοκρυστάλλων καρβιδίου του πυριτίου τοποθετώντας την πηγή SiC στον πυθμένα ενός κυλινδρικού χωνευτηρίου πυκνού γραφίτη και ο κρύσταλλος σποράς SiC τοποθετείται κοντά στο κάλυμμα του χωνευτηρίου. Το χωνευτήριο θερμαίνεται στους 2 300 ~ 2 400 ℃ με επαγωγή ή αντίσταση ραδιοσυχνοτήτων και μονώνεται με τσόχα γραφίτη ήπορώδης γραφίτης. Οι κύριες ουσίες που μεταφέρονται από την πηγή SiC στον κρύσταλλο των σπόρων είναι τα μόρια Si, Si2C και SiC2. Η θερμοκρασία στον κρύσταλλο του σπόρου ελέγχεται να είναι ελαφρώς χαμηλότερη από εκείνη στην κατώτερη μικροσκόνη και σχηματίζεται μια αξονική κλίση θερμοκρασίας στο χωνευτήριο. Όπως φαίνεται στο σχήμα 1, η μικρο-σκόνη καρβιδίου του πυριτίου εξαχνώνεται σε υψηλή θερμοκρασία για να σχηματίσει αέρια αντίδρασης διαφορετικών συστατικών αέριας φάσης, τα οποία φτάνουν στον κρύσταλλο σποράς με χαμηλότερη θερμοκρασία κάτω από την κίνηση της βαθμίδας θερμοκρασίας και κρυσταλλώνονται πάνω του για να σχηματίσουν ένα κυλινδρικό πλινθίο καρβιδίου του πυριτίου.

Οι κύριες χημικές αντιδράσεις της ανάπτυξης PVT είναι:

SiC(s)⇌Si(g)+C(s) (1)

2SiC⇌Si2C(g)+C(s) (2)

2SiC⇌SiC2(g)+Si(l,g) (3)

SiC(α)⇌SiC(g) (4)

Τα χαρακτηριστικά της ανάπτυξης PVT μονοκρυστάλλων SiC είναι:

1) Υπάρχουν δύο διεπαφές αερίου-στερεού: η μία είναι η διεπαφή αερίου-σκόνης SiC και η άλλη είναι η διεπαφή αερίου-κρυστάλλου.

2) Η αέρια φάση αποτελείται από δύο τύπους ουσιών: το ένα είναι τα αδρανή μόρια που εισάγονται στο σύστημα. το άλλο είναι το συστατικό αέριας φάσης SimCn που παράγεται από την αποσύνθεση και την εξάχνωση τουSiC σκόνη. Τα συστατικά αέριας φάσης SimCn αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και ένα μέρος των λεγόμενων συστατικών κρυσταλλικής αέριας φάσης SimCn που πληρούν τις απαιτήσεις της διαδικασίας κρυστάλλωσης θα αναπτυχθεί σε κρύσταλλο SiC.

3) Στη στερεή σκόνη καρβιδίου του πυριτίου, θα συμβούν αντιδράσεις στερεάς φάσης μεταξύ σωματιδίων που δεν έχουν εξαχνωθεί, συμπεριλαμβανομένων ορισμένων σωματιδίων που σχηματίζουν πορώδη κεραμικά σώματα μέσω πυροσυσσωμάτωσης, ορισμένων σωματιδίων που σχηματίζουν κόκκους με ορισμένο μέγεθος σωματιδίων και κρυσταλλογραφική μορφολογία μέσω αντιδράσεων κρυστάλλωσης και μερικά σωματίδια καρβιδίου του πυριτίου που μετατρέπονται σε σωματίδια πλούσια σε άνθρακα ή σωματίδια άνθρακα λόγω μη στοιχειομετρικής αποσύνθεσης και εξάχνωσης.

4) Κατά τη διαδικασία ανάπτυξης κρυστάλλων, θα συμβούν δύο αλλαγές φάσης: η μία είναι ότι τα σωματίδια σκόνης στερεού καρβιδίου του πυριτίου μετατρέπονται σε συστατικά αέριας φάσης SimCn μέσω μη στοιχειομετρικής αποσύνθεσης και εξάχνωσης και η άλλη είναι ότι τα συστατικά της αέριας φάσης SimCn μετασχηματίζονται σε σωματίδια πλέγματος μέσω κρυστάλλωσης.

2 Σχεδιασμός εξοπλισμού Όπως φαίνεται στο σχήμα 2, ο κλίβανος ανάπτυξης μονού κρυστάλλου καρβιδίου του πυριτίου περιλαμβάνει κυρίως: συγκρότημα άνω καλύμματος, διάταξη θαλάμου, σύστημα θέρμανσης, μηχανισμό περιστροφής χωνευτηρίου, μηχανισμό ανύψωσης κάτω καλύμματος και σύστημα ηλεκτρικού ελέγχου.

2.1 Σύστημα θέρμανσης Όπως φαίνεται στο σχήμα 3, το σύστημα θέρμανσης υιοθετεί επαγωγική θέρμανση και αποτελείται από ένα επαγωγικό πηνίο, έναχωνευτήριο γραφίτη, ένα μονωτικό στρώμα (άκαμπτη τσόχα, απαλή τσόχα), κ.λπ. Όταν το εναλλασσόμενο ρεύμα μέσης συχνότητας διέρχεται από το πηνίο επαγωγής πολλαπλών στροφών που περιβάλλει το εξωτερικό του χωνευτηρίου γραφίτη, ένα επαγόμενο μαγνητικό πεδίο της ίδιας συχνότητας θα σχηματιστεί στο χωνευτήριο γραφίτη, δημιουργώντας μια επαγόμενη ηλεκτροκινητική δύναμη. Δεδομένου ότι το υλικό του χωνευτηρίου γραφίτη υψηλής καθαρότητας έχει καλή αγωγιμότητα, δημιουργείται ένα επαγόμενο ρεύμα στο τοίχωμα του χωνευτηρίου, σχηματίζοντας δινορευματικό ρεύμα. Κάτω από τη δράση της δύναμης Lorentz, το επαγόμενο ρεύμα θα συγκλίνει τελικά στο εξωτερικό τοίχωμα του χωνευτηρίου (δηλαδή, το φαινόμενο του δέρματος) και σταδιακά θα εξασθενήσει κατά μήκος της ακτινικής κατεύθυνσης. Λόγω της ύπαρξης δινορευμάτων, η θερμότητα Joule παράγεται στο εξωτερικό τοίχωμα του χωνευτηρίου, καθιστώντας την πηγή θέρμανσης του συστήματος ανάπτυξης. Το μέγεθος και η κατανομή της θερμότητας Joule καθορίζουν άμεσα το πεδίο θερμοκρασίας στο χωνευτήριο, το οποίο με τη σειρά του επηρεάζει την ανάπτυξη του κρυστάλλου.

Όπως φαίνεται στο σχήμα 4, το επαγωγικό πηνίο είναι βασικό μέρος του συστήματος θέρμανσης. Υιοθετεί δύο σετ ανεξάρτητων δομών πηνίου και είναι εξοπλισμένο με μηχανισμούς κίνησης άνω και κάτω ακριβείας αντίστοιχα. Το μεγαλύτερο μέρος της ηλεκτρικής απώλειας θερμότητας ολόκληρου του συστήματος θέρμανσης βαρύνει το πηνίο και πρέπει να πραγματοποιηθεί αναγκαστική ψύξη. Το πηνίο τυλίγεται με χάλκινο σωλήνα και ψύχεται με νερό μέσα. Το εύρος συχνοτήτων του επαγόμενου ρεύματος είναι 8~12 kHz. Η συχνότητα της επαγωγικής θέρμανσης καθορίζει το βάθος διείσδυσης του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου στο χωνευτήριο γραφίτη. Ο μηχανισμός κίνησης του πηνίου χρησιμοποιεί έναν μηχανισμό ζεύγους βιδών που κινούνται με κινητήρα. Το επαγωγικό πηνίο συνεργάζεται με το επαγωγικό τροφοδοτικό για τη θέρμανση του εσωτερικού χωνευτηρίου γραφίτη για την επίτευξη της εξάχνωσης της σκόνης. Ταυτόχρονα, η ισχύς και η σχετική θέση των δύο σετ πηνίων ελέγχονται για να κάνουν τη θερμοκρασία στον κρύσταλλο του σπόρου χαμηλότερη από εκείνη στην κατώτερη μικροσκόνη, σχηματίζοντας μια αξονική κλίση θερμοκρασίας μεταξύ του κρυστάλλου σπόρου και της σκόνης στο χωνευτήριο, και σχηματίζοντας μια λογική ακτινική κλίση θερμοκρασίας στον κρύσταλλο καρβιδίου του πυριτίου.

2.2 Μηχανισμός Περιστροφής Χωνευτηρίου Κατά την ανάπτυξη μεγάλου μεγέθουςμονοκρύσταλλα καρβιδίου του πυριτίου, το χωνευτήριο στο περιβάλλον κενού της κοιλότητας διατηρείται σε περιστροφή σύμφωνα με τις απαιτήσεις της διεργασίας και το θερμικό πεδίο κλίσης και η κατάσταση χαμηλής πίεσης στην κοιλότητα πρέπει να διατηρούνται σταθερά. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 5, χρησιμοποιείται ένα ζεύγος γραναζιών με κινητήρα για να επιτευχθεί σταθερή περιστροφή του χωνευτηρίου. Μια δομή σφράγισης μαγνητικού υγρού χρησιμοποιείται για την επίτευξη δυναμικής στεγανοποίησης του περιστρεφόμενου άξονα. Η σφράγιση μαγνητικού ρευστού χρησιμοποιεί ένα κύκλωμα περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου που σχηματίζεται μεταξύ του μαγνήτη, του μαγνητικού πόλου και του μαγνητικού χιτωνίου για να προσροφήσει σταθερά το μαγνητικό υγρό μεταξύ του άκρου του πέλματος του πόλου και του χιτωνίου για να σχηματίσει έναν δακτύλιο υγρού τύπου O-ring, που μπλοκάρει πλήρως το κενό για να επιτευχθεί ο σκοπός της σφράγισης. Όταν η περιστροφική κίνηση μεταδίδεται από την ατμόσφαιρα στον θάλαμο κενού, η συσκευή δυναμικής σφράγισης υγρού δακτυλίου O χρησιμοποιείται για να ξεπεραστούν τα μειονεκτήματα της εύκολης φθοράς και της χαμηλής διάρκειας ζωής σε στερεά σφράγιση και το υγρό μαγνητικό ρευστό μπορεί να γεμίσει ολόκληρο τον σφραγισμένο χώρο. μπλοκάροντας έτσι όλα τα κανάλια που μπορούν να διαρρέουν αέρα και επιτυγχάνοντας μηδενική διαρροή στις δύο διαδικασίες κίνησης και διακοπής του χωνευτηρίου. Το στήριγμα μαγνητικού ρευστού και χωνευτηρίου υιοθετεί μια δομή υδρόψυξης για να εξασφαλίσει τη δυνατότητα εφαρμογής του μαγνητικού ρευστού και του χωνευτηρίου σε υψηλή θερμοκρασία και να επιτύχει τη σταθερότητα της κατάστασης του θερμικού πεδίου.

2.3 Μηχανισμός ανύψωσης κάτω καλύμματος

Ο μηχανισμός ανύψωσης του κάτω καλύμματος αποτελείται από έναν κινητήρα κίνησης, μια σφαιρική βίδα, έναν γραμμικό οδηγό, έναν βραχίονα ανύψωσης, ένα κάλυμμα κλιβάνου και ένα βραχίονα καλύμματος κλιβάνου. Ο κινητήρας οδηγεί το στήριγμα του καλύμματος του κλιβάνου που συνδέεται με το ζεύγος οδηγών βιδών μέσω ενός μειωτήρα για να πραγματοποιήσει την κίνηση προς τα πάνω και προς τα κάτω του κάτω καλύμματος.

Ο μηχανισμός ανύψωσης του κάτω καλύμματος διευκολύνει την τοποθέτηση και αφαίρεση χωνευτηρίων μεγάλου μεγέθους και, το πιο σημαντικό, εξασφαλίζει την αξιοπιστία στεγανοποίησης του κάτω καλύμματος του κλιβάνου. Κατά τη διάρκεια της όλης διαδικασίας, ο θάλαμος έχει στάδια αλλαγής πίεσης όπως κενό, υψηλή πίεση και χαμηλή πίεση. Η κατάσταση συμπίεσης και στεγανοποίησης του κάτω καλύμματος επηρεάζει άμεσα την αξιοπιστία της διαδικασίας. Μόλις η σφράγιση αποτύχει σε υψηλή θερμοκρασία, η όλη διαδικασία θα απορριφθεί. Μέσω της συσκευής ελέγχου και ορίου σερβοκινητήρα, η στεγανότητα του συγκροτήματος κάτω καλύμματος και του θαλάμου ελέγχεται για να επιτευχθεί η καλύτερη κατάσταση συμπίεσης και σφράγισης του δακτυλίου στεγανοποίησης του θαλάμου κλιβάνου για να διασφαλιστεί η σταθερότητα της πίεσης διεργασίας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 6 .

2.4 Σύστημα ηλεκτρικού ελέγχου Κατά την ανάπτυξη των κρυστάλλων καρβιδίου του πυριτίου, το σύστημα ηλεκτρικού ελέγχου πρέπει να ελέγχει με ακρίβεια διαφορετικές παραμέτρους διεργασίας, όπως το ύψος της θέσης του πηνίου, ο ρυθμός περιστροφής του χωνευτηρίου, η ισχύς και η θερμοκρασία θέρμανσης, η διαφορετική ειδική ροή εισαγωγής αερίου και το άνοιγμα την αναλογική βαλβίδα.

Όπως φαίνεται στο Σχήμα 7, το σύστημα ελέγχου χρησιμοποιεί έναν προγραμματιζόμενο ελεγκτή ως διακομιστή, ο οποίος συνδέεται με τον οδηγό σερβομηχανισμού μέσω του διαύλου για να πραγματοποιήσει τον έλεγχο κίνησης του πηνίου και του χωνευτηρίου. Συνδέεται με τον ελεγκτή θερμοκρασίας και τον ελεγκτή ροής μέσω του τυπικού MobusRTU για να πραγματοποιήσει έλεγχο σε πραγματικό χρόνο της θερμοκρασίας, της πίεσης και της ροής αερίου ειδικής διεργασίας. Αποκαθιστά επικοινωνία με το λογισμικό διαμόρφωσης μέσω Ethernet, ανταλλάσσει πληροφορίες συστήματος σε πραγματικό χρόνο και εμφανίζει διάφορες πληροφορίες παραμέτρων διεργασίας στον κεντρικό υπολογιστή. Οι χειριστές, το προσωπικό διεργασιών και οι διευθυντές ανταλλάσσουν πληροφορίες με το σύστημα ελέγχου μέσω της διεπαφής ανθρώπου-μηχανής.

Το σύστημα ελέγχου εκτελεί όλη τη συλλογή δεδομένων πεδίου, την ανάλυση της κατάστασης λειτουργίας όλων των ενεργοποιητών και τη λογική σχέση μεταξύ των μηχανισμών. Ο προγραμματιζόμενος ελεγκτής λαμβάνει τις οδηγίες του κεντρικού υπολογιστή και ολοκληρώνει τον έλεγχο κάθε ενεργοποιητή του συστήματος. Η στρατηγική εκτέλεσης και ασφάλειας του μενού αυτόματης διεργασίας εκτελούνται όλα από τον προγραμματιζόμενο ελεγκτή. Η σταθερότητα του προγραμματιζόμενου ελεγκτή διασφαλίζει τη σταθερότητα και την ασφάλεια της αξιοπιστίας της λειτουργίας του μενού διεργασιών.

Η ανώτερη διαμόρφωση διατηρεί την ανταλλαγή δεδομένων με τον προγραμματιζόμενο ελεγκτή σε πραγματικό χρόνο και εμφανίζει δεδομένα πεδίου. Είναι εξοπλισμένο με διεπαφές λειτουργίας όπως έλεγχος θέρμανσης, έλεγχος πίεσης, έλεγχος κυκλώματος αερίου και έλεγχος κινητήρα και οι τιμές ρύθμισης διαφόρων παραμέτρων μπορούν να τροποποιηθούν στη διεπαφή. Παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο των παραμέτρων συναγερμού, παροχή οθόνης συναγερμού, καταγραφή του χρόνου και λεπτομερών δεδομένων εμφάνισης και ανάκτησης συναγερμού. Καταγραφή σε πραγματικό χρόνο όλων των δεδομένων διεργασίας, του περιεχομένου λειτουργίας της οθόνης και του χρόνου λειτουργίας. Ο έλεγχος σύντηξης διαφόρων παραμέτρων διεργασίας πραγματοποιείται μέσω του υποκείμενου κώδικα μέσα στον προγραμματιζόμενο ελεγκτή και μπορούν να πραγματοποιηθούν το πολύ 100 βήματα διαδικασίας. Κάθε βήμα περιλαμβάνει περισσότερες από δώδεκα παραμέτρους διεργασίας όπως ο χρόνος λειτουργίας της διεργασίας, η ισχύς στόχος, η πίεση στόχος, η ροή αργού, η ροή αζώτου, η ροή υδρογόνου, η θέση του χωνευτηρίου και ο ρυθμός του χωνευτηρίου.

3 Ανάλυση προσομοίωσης θερμικού πεδίου

Καθιερώνεται το μοντέλο ανάλυσης προσομοίωσης θερμικού πεδίου. Το σχήμα 8 είναι ο χάρτης νέφους θερμοκρασίας στον θάλαμο ανάπτυξης του χωνευτηρίου. Προκειμένου να διασφαλιστεί το εύρος θερμοκρασίας ανάπτυξης του μονού κρυστάλλου 4H-SiC, η κεντρική θερμοκρασία του κρυστάλλου σπόρου υπολογίζεται ότι είναι 2200℃ και η θερμοκρασία άκρης είναι 2205,4℃. Αυτή τη στιγμή, η κεντρική θερμοκρασία της κορυφής του χωνευτηρίου είναι 2167,5 ℃ και η υψηλότερη θερμοκρασία της περιοχής σκόνης (με την πλευρά προς τα κάτω) είναι 2274,4 ℃, σχηματίζοντας μια αξονική κλίση θερμοκρασίας.

Η ακτινική βαθμιδωτή κατανομή του κρυστάλλου φαίνεται στο Σχήμα 9. Η χαμηλότερη πλευρική κλίση θερμοκρασίας της επιφάνειας του κρυστάλλου του σπόρου μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά το σχήμα ανάπτυξης κρυστάλλου. Η τρέχουσα υπολογιζόμενη αρχική διαφορά θερμοκρασίας είναι 5,4℃ και το συνολικό σχήμα είναι σχεδόν επίπεδο και ελαφρώς κυρτό, το οποίο μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις ακρίβειας και ομοιομορφίας του ακτινικού ελέγχου θερμοκρασίας της επιφάνειας των κρυστάλλων σπόρων.

Η καμπύλη διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ της επιφάνειας της πρώτης ύλης και της επιφάνειας του κρυστάλλου του σπόρου φαίνεται στο Σχήμα 10. Η κεντρική θερμοκρασία της επιφάνειας του υλικού είναι 2210℃ και σχηματίζεται μια διαμήκης κλίση θερμοκρασίας 1℃/cm μεταξύ της επιφάνειας του υλικού και του σπόρου κρυσταλλική επιφάνεια, η οποία βρίσκεται σε λογικό εύρος.

Ο εκτιμώμενος ρυθμός ανάπτυξης φαίνεται στο Σχήμα 11. Ο υπερβολικά γρήγορος ρυθμός ανάπτυξης μπορεί να αυξήσει την πιθανότητα ελαττωμάτων όπως ο πολυμορφισμός και η εξάρθρωση. Ο τρέχων εκτιμώμενος ρυθμός ανάπτυξης είναι κοντά στο 0,1 mm/h, που είναι εντός ενός λογικού εύρους.

Μέσω της ανάλυσης και του υπολογισμού της προσομοίωσης θερμικού πεδίου, διαπιστώθηκε ότι η κεντρική θερμοκρασία και η θερμοκρασία ακμής του κρυστάλλου σποράς συναντούν την ακτινική κλίση θερμοκρασίας του κρυστάλλου των 8 ιντσών. Ταυτόχρονα, το πάνω και το κάτω μέρος του χωνευτηρίου σχηματίζουν μια αξονική κλίση θερμοκρασίας κατάλληλη για το μήκος και το πάχος του κρυστάλλου. Η τρέχουσα μέθοδος θέρμανσης του συστήματος ανάπτυξης μπορεί να ανταποκριθεί στην ανάπτυξη μονοκρυστάλλων 8 ιντσών.

4 Πειραματικό τεστ

Χρησιμοποιώντας αυτόκλίβανος ανάπτυξης μονοκρυστάλλου καρβιδίου του πυριτίου, με βάση τη διαβάθμιση θερμοκρασίας της προσομοίωσης θερμικού πεδίου, ρυθμίζοντας τις παραμέτρους όπως η θερμοκρασία κορυφής του χωνευτηρίου, η πίεση της κοιλότητας, η ταχύτητα περιστροφής του χωνευτηρίου και η σχετική θέση του άνω και του κάτω πηνίου, πραγματοποιήθηκε δοκιμή ανάπτυξης κρυστάλλων καρβιδίου του πυριτίου , και ελήφθη ένας κρύσταλλος καρβιδίου του πυριτίου 8 ιντσών (όπως φαίνεται στο Σχήμα 12).

5. Συμπέρασμα

Μελετήθηκαν οι βασικές τεχνολογίες για την ανάπτυξη μονοκρυστάλλων καρβιδίου του πυριτίου 8 ιντσών, όπως θερμικό πεδίο κλίσης, μηχανισμός κίνησης χωνευτηρίου και αυτόματος έλεγχος παραμέτρων διεργασίας. Το θερμικό πεδίο στον θάλαμο ανάπτυξης του χωνευτηρίου προσομοιώθηκε και αναλύθηκε για να ληφθεί η ιδανική κλίση θερμοκρασίας. Μετά τη δοκιμή, η μέθοδος θέρμανσης επαγωγής διπλού πηνίου μπορεί να ανταποκριθεί στην ανάπτυξη μεγάλου μεγέθουςκρύσταλλοι καρβιδίου του πυριτίου. Η έρευνα και η ανάπτυξη αυτής της τεχνολογίας παρέχει τεχνολογία εξοπλισμού για την απόκτηση κρυστάλλων καρβιδίου 8 ιντσών και παρέχει τη βάση εξοπλισμού για τη μετάβαση της εκβιομηχάνισης του καρβιδίου του πυριτίου από 6 ίντσες σε 8 ίντσες, βελτιώνοντας την αποδοτικότητα ανάπτυξης των υλικών καρβιδίου του πυριτίου και μειώνοντας το κόστος.