Forno di crescita di lingotti di SiC per metodi TSSG/LPE di cristalli di SiC di grande diametro

Breve descrizione:

Il forno per la crescita di lingotti in carburo di silicio in fase liquida di XKH impiega le tecnologie TSSG (Top-Seeded Solution Growth) e LPE (Liquid Phase Epitaxy) all'avanguardia a livello mondiale, specificamente progettate per la crescita di monocristalli di SiC di alta qualità. Il metodo TSSG consente la crescita di lingotti in 4H/6H-SiC di grande diametro da 4 a 8 pollici attraverso un preciso controllo del gradiente di temperatura e della velocità di sollevamento dei seed, mentre il metodo LPE facilita la crescita controllata di strati epitassiali di SiC a temperature più basse, particolarmente adatto per strati epitassiali spessi a bassissimo contenuto di difetti. Questo sistema di crescita di lingotti in carburo di silicio in fase liquida è stato applicato con successo nella produzione industriale di vari cristalli di SiC, tra cui il tipo 4H/6H-N e il tipo isolante 4H/6H-SEMI, fornendo soluzioni complete, dalle apparecchiature ai processi.

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Caratteristiche

Principio di funzionamento

Il principio fondamentale della crescita di lingotti di carburo di silicio in fase liquida prevede la dissoluzione di materie prime di SiC ad elevata purezza in metalli fusi (ad esempio, Si, Cr) a 1800-2100 °C per formare soluzioni sature, seguita da una crescita direzionale controllata di monocristalli di SiC sui cristalli-seme tramite un preciso gradiente di temperatura e una regolazione della sovrasaturazione. Questa tecnologia è particolarmente adatta per la produzione di monocristalli di SiC 4H/6H ad elevata purezza (>99,9995%) con bassa densità di difetti (<100/cm²), soddisfacendo i rigorosi requisiti dei substrati per l'elettronica di potenza e i dispositivi a radiofrequenza. Il sistema di crescita in fase liquida consente un controllo preciso del tipo di conduttività cristallina (tipo N/P) e della resistività attraverso l'ottimizzazione della composizione della soluzione e dei parametri di crescita.

Componenti principali

1. Sistema speciale del crogiolo: crogiolo composito in grafite/tantalio ad alta purezza, resistenza alla temperatura >2200°C, resistente alla corrosione da fusione di SiC.

2. Sistema di riscaldamento multizona: riscaldamento combinato a resistenza/induzione con precisione di controllo della temperatura di ±0,5°C (intervallo 1800-2100°C).

3. Sistema di movimento di precisione: doppio controllo a circuito chiuso per la rotazione dei semi (0-50 giri/min) e il sollevamento (0,1-10 mm/h).

4. Sistema di controllo dell'atmosfera: protezione con argon/azoto ad alta purezza, pressione di esercizio regolabile (0,1-1 atm).

5. Sistema di controllo intelligente: controllo ridondante PLC+PC industriale con monitoraggio dell'interfaccia di crescita in tempo reale.

6. Sistema di raffreddamento efficiente: il design graduato del raffreddamento ad acqua garantisce un funzionamento stabile a lungo termine.

Confronto tra TSSG e LPE

Caratteristiche	Metodo TSSG	Metodo LPE
Temperatura di crescita	2000-2100°C	1500-1800°C
Tasso di crescita	0,2-1 mm/ora	5-50μm/h
Dimensione del cristallo	lingotti da 4-8 pollici	Epi-strati da 50-500 μm
Applicazione principale	Preparazione del substrato	Epi-strati del dispositivo di potenza
Densità dei difetti	<500/cm²	<100/cm²
Politipi adatti	4H/6H-SiC	4H/3C-SiC

Applicazioni chiave

1. Elettronica di potenza: substrati 4H-SiC da 6 pollici per MOSFET/diodi da 1200 V+.

2. Dispositivi RF 5G: substrati SiC semi-isolanti per amplificatori di potenza delle stazioni base.

3. Applicazioni EV: strati epi ultra spessi (>200μm) per moduli di livello automobilistico.

4. Inverter fotovoltaici: substrati a basso contenuto di difetti che consentono un'efficienza di conversione >99%.

Vantaggi principali

1. Superiorità tecnologica
1.1 Progettazione multi-metodo integrata
Questo sistema di crescita di lingotti di SiC in fase liquida combina in modo innovativo le tecnologie di crescita cristallina TSSG e LPE. Il sistema TSSG impiega la crescita in soluzione top-seed con convezione del fuso precisa e controllo del gradiente di temperatura (ΔT≤5℃/cm), consentendo una crescita stabile di lingotti di SiC di grande diametro da 4 a 8 pollici con rese di 15-20 kg per singola passata per cristalli di SiC 6H/4H. Il sistema LPE utilizza una composizione ottimizzata del solvente (sistema di lega Si-Cr) e il controllo della sovrasaturazione (±1%) per far crescere strati epitassiali spessi di alta qualità con densità di difetti <100/cm² a temperature relativamente basse (1500-1800℃).

1.2 Sistema di controllo intelligente
Dotato di controllo intelligente della crescita di quarta generazione con:
• Monitoraggio multispettrale in situ (intervallo di lunghezza d'onda 400-2500 nm)
• Rilevamento del livello di fusione basato sul laser (precisione ±0,01 mm)
• Controllo del diametro a circuito chiuso basato su CCD (fluttuazione <±1 mm)
• Ottimizzazione dei parametri di crescita basata sull'intelligenza artificiale (risparmio energetico del 15%)

2. Vantaggi delle prestazioni del processo
2.1 Punti di forza del metodo TSSG
• Capacità di grandi dimensioni: supporta la crescita di cristalli fino a 8 pollici con uniformità del diametro >99,5%
• Cristallinità superiore: densità di dislocazione <500/cm², densità microtubo <5/cm²
• Uniformità del drogaggio: variazione della resistività di tipo n <8% (wafer da 4 pollici)
• Tasso di crescita ottimizzato: regolabile da 0,3 a 1,2 mm/h, 3-5 volte più veloce rispetto ai metodi in fase di vapore

2.2 Punti di forza del metodo LPE
• Epitassia a difetti ultra-bassi: densità dello stato dell'interfaccia <1×10¹¹cm⁻²·eV⁻¹
• Controllo preciso dello spessore: strati epi da 50-500 μm con variazione di spessore <±2%
• Efficienza a bassa temperatura: 300-500℃ inferiore rispetto ai processi CVD
• Crescita di strutture complesse: supporta giunzioni pn, superreticoli, ecc.

3. Vantaggi dell'efficienza produttiva
3.1 Controllo dei costi
• Utilizzo di materie prime pari all'85% (rispetto al 60% convenzionale)
• Consumo energetico inferiore del 40% (rispetto all'HVPE)
• Tempo di attività delle apparecchiature del 90% (il design modulare riduce al minimo i tempi di inattività)

3.2 Garanzia di qualità
• Controllo di processo 6σ (CPK>1,67)
• Rilevamento dei difetti online (risoluzione 0,1μm)
• Tracciabilità dei dati dell'intero processo (oltre 2000 parametri in tempo reale)

3.3 Scalabilità
• Compatibile con i politipi 4H/6H/3C
• Aggiornabile a moduli di processo da 12 pollici
• Supporta l'eterointegrazione SiC/GaN

4. Vantaggi dell'applicazione industriale
4.1 Dispositivi di potenza
• Substrati a bassa resistività (0,015-0,025Ω·cm) per dispositivi da 1200-3300V
• Substrati semi-isolanti (>10⁸Ω·cm) per applicazioni RF

4.2 Tecnologie emergenti
• Comunicazione quantistica: substrati a bassissimo rumore (rumore 1/f <-120 dB)
• Ambienti estremi: cristalli resistenti alle radiazioni (degradazione <5% dopo irradiazione 1×10¹⁶n/cm²)

Servizi XKH

1. Attrezzatura personalizzata: configurazioni di sistema TSSG/LPE su misura.
2. Formazione di processo: programmi di formazione tecnica completi.
3. Assistenza post-vendita: risposta tecnica e manutenzione 24 ore su 24, 7 giorni su 7.
4. Soluzioni chiavi in mano: servizio completo dall'installazione alla convalida del processo.
5. Fornitura del materiale: disponibili substrati/epi-wafer in SiC da 2-12 pollici.

I principali vantaggi includono:
• Capacità di crescita dei cristalli fino a 8 pollici.
• Uniformità della resistività <0,5%.
• Tempo di attività delle apparecchiature >95%.
• Assistenza tecnica 24 ore su 24, 7 giorni su 7.