Metodo PVT per la crescita di cristalli di lingotti di SiC da 6/8/12 pollici con resistenza al carburo di silicio in forno a cristalli lunghi

Breve descrizione:

Il forno per la crescita a resistenza del carburo di silicio (metodo PVT, metodo di trasferimento fisico da vapore) è un'apparecchiatura chiave per la crescita di monocristalli di carburo di silicio (SiC) mediante il principio di sublimazione-ricristallizzazione ad alta temperatura. La tecnologia utilizza il riscaldamento a resistenza (corpo riscaldante in grafite) per sublimare la materia prima SiC ad alte temperature, tra 2000 e 2500 °C, e ricristallizzarla a bassa temperatura (cristallo di innesco) per formare un monocristallo di SiC di alta qualità (4H/6H-SiC). Il metodo PVT è il processo principale per la produzione in serie di substrati SiC di 6 pollici e inferiori, ed è ampiamente utilizzato nella preparazione di substrati per semiconduttori di potenza (come MOSFET, SBD) e dispositivi a radiofrequenza (GaN-on-SiC).

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Principio di funzionamento:

1. Caricamento della materia prima: polvere (o blocco) di SiC ad alta purezza posizionata sul fondo del crogiolo di grafite (zona ad alta temperatura).

2. Ambiente sotto vuoto/inerte: aspirare la camera del forno (<10⁻³ mbar) o far passare gas inerte (Ar).

3. Sublimazione ad alta temperatura: riscaldamento tramite resistenza a 2000~2500℃, decomposizione del SiC in Si, Si₂C, SiC₂ e altri componenti in fase gassosa.

4. Trasmissione in fase gassosa: il gradiente di temperatura determina la diffusione del materiale in fase gassosa verso la regione a bassa temperatura (estremità seed).

5. Crescita dei cristalli: la fase gassosa si ricristallizza sulla superficie del cristallo seme e cresce in direzione direzionale lungo l'asse C o l'asse A.

Parametri chiave:

1. Gradiente di temperatura: 20~50℃/cm (controllo della velocità di crescita e della densità dei difetti).

2. Pressione: 1~100 mbar (bassa pressione per ridurre l'incorporazione di impurità).

3. Velocità di crescita: 0,1~1 mm/h (che influisce sulla qualità dei cristalli e sull'efficienza produttiva).

Caratteristiche principali:

(1) Qualità cristallina
Bassa densità di difetti: densità dei microtubuli <1 cm⁻², densità di dislocazione 10³~10⁴ cm⁻² (tramite ottimizzazione dei seed e controllo del processo).

Controllo di tipo policristallino: può crescere 4H-SiC (mainstream), 6H-SiC, proporzione 4H-SiC >90% (è necessario controllare accuratamente il gradiente di temperatura e il rapporto stechiometrico della fase gassosa).

(2) Prestazioni dell'attrezzatura
Stabilità alle alte temperature: temperatura del corpo riscaldante in grafite >2500℃, il corpo del forno adotta un design di isolamento multistrato (come feltro di grafite + camicia raffreddata ad acqua).

Controllo dell'uniformità: le fluttuazioni della temperatura assiale/radiale di ±5 °C assicurano la costanza del diametro dei cristalli (deviazione dello spessore del substrato di 6 pollici <5%).

Grado di automazione: sistema di controllo PLC integrato, monitoraggio in tempo reale di temperatura, pressione e velocità di crescita.

(3) Vantaggi tecnologici
Elevato utilizzo dei materiali: tasso di conversione delle materie prime >70% (migliore del metodo CVD).

Ampia compatibilità con le dimensioni: è stata raggiunta la produzione di massa da 6 pollici, mentre quella da 8 pollici è in fase di sviluppo.

(4) Consumo e costo dell'energia
Il consumo energetico di un singolo forno è pari a 300~800kW·h, pari al 40%~60% del costo di produzione del substrato di SiC.

L'investimento in attrezzature è elevato (1,5 M 3 M per unità), ma il costo del substrato unitario è inferiore rispetto al metodo CVD.

Applicazioni principali:

1. Elettronica di potenza: substrato MOSFET SiC per inverter per veicoli elettrici e inverter fotovoltaici.

2. Dispositivi Rf: substrato epitassiale GaN-on-SiC della stazione base 5G (principalmente 4H-SiC).

3. Dispositivi per ambienti estremi: sensori ad alta temperatura e alta pressione per apparecchiature aerospaziali e per l'energia nucleare.

Parametri tecnici:

Specificazione	Dettagli
Dimensioni (L × P × A)	2500 × 2400 × 3456 mm o personalizza
Diametro del crogiolo	900 millimetri
Pressione di vuoto finale	6 × 10⁻⁴ Pa (dopo 1,5 ore di vuoto)
Tasso di perdita	≤5 Pa/12h (cottura)
Diametro dell'albero di rotazione	50 millimetri
Velocità di rotazione	0,5–5 giri al minuto
Metodo di riscaldamento	Riscaldamento a resistenza elettrica
Temperatura massima del forno	2500°C
Potenza di riscaldamento	40 kW × 2 × 20 kW
Misurazione della temperatura	Pirometro a infrarossi a doppio colore
Intervallo di temperatura	900–3000 °C
Precisione della temperatura	±1°C
Intervallo di pressione	1–700 mbar
Precisione del controllo della pressione	1–10 mbar: ±0,5% del fondo scala; 10–100 mbar: ±0,5% del fondo scala; 100–700 mbar: ±0,5% del fondo scala
Tipo di operazione	Caricamento dal basso, opzioni di sicurezza manuali/automatiche
Caratteristiche opzionali	Doppia misurazione della temperatura, più zone di riscaldamento

Servizi XKH:

XKH fornisce l'intero servizio di processo per forni PVT in SiC, inclusa la personalizzazione delle apparecchiature (progettazione del campo termico, controllo automatico), lo sviluppo del processo (controllo della forma dei cristalli, ottimizzazione dei difetti), la formazione tecnica (funzionamento e manutenzione) e l'assistenza post-vendita (sostituzione di componenti in grafite, calibrazione del campo termico) per aiutare i clienti a raggiungere una produzione in serie di cristalli di SiC di alta qualità. Offriamo inoltre servizi di aggiornamento del processo per migliorare costantemente la resa dei cristalli e l'efficienza di crescita, con tempi di consegna tipici di 3-6 mesi.