Metodo PVT per la crescita di cristalli di lingotti di SiC da 6/8/12 pollici con resistenza al carburo di silicio in un 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 a una temperatura elevata di 2000~2500 °C e ricristallizzarla nella regione di 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 di 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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Caratteristiche

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: mettere sotto vuoto 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 del seme).

5. Crescita dei cristalli: la fase gassosa si ricristallizza sulla superficie del cristallo seme e cresce in una 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 semi 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 di temperatura assiali/radiali di ±5 °C garantiscono 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).

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

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

L'investimento in attrezzature è elevato (1,5 milioni di 3 milioni per unità), ma il costo unitario del substrato 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: stazione base 5G, substrato epitassiale GaN-on-SiC (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:

Specifica	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 due colori
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% FS; 10–100 mbar: ±0,5% FS; 100–700 mbar: ±0,5% FS
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 processo di produzione di forni SiC PVT, 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 ottenere una produzione in serie di cristalli 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.