ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีเตาเติบโตคริสตัลเดี่ยวซิลิคอนคาร์ไบด์ขนาด 8 นิ้ว

ซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นหนึ่งในวัสดุที่เหมาะสำหรับการผลิตอุปกรณ์ที่มีอุณหภูมิสูง ความถี่สูง กำลังสูง และไฟฟ้าแรงสูง เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและลดต้นทุน การเตรียมพื้นผิวซิลิกอนคาร์ไบด์ขนาดใหญ่ถือเป็นทิศทางการพัฒนาที่สำคัญ มุ่งเป้าไปที่ข้อกำหนดกระบวนการของการเติบโตผลึกเดี่ยวของซิลิคอนคาร์ไบด์ (SIC) ขนาด 8 นิ้ววิเคราะห์กลไกการเจริญเติบโตของวิธีการขนส่งไอทางกายภาพของซิลิคอนคาร์ไบด์ (PVT) ระบบทำความร้อน (แหวนนำ TaC, เบ้าหลอมเคลือบ TaC,แหวนเคลือบ TaC, แผ่นเคลือบ TaC, แหวนสามกลีบเคลือบ TaC, เบ้าหลอมสามกลีบเคลือบ TaC, ตัวยึดเคลือบ TaC, กราไฟท์ที่มีรูพรุน, สักหลาดนุ่ม, ตัวรับการเจริญเติบโตของคริสตัลเคลือบ SiC แบบแข็ง และอื่น ๆชิ้นส่วนอะไหล่กระบวนการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว SiCให้บริการโดย VeTek Semiconductor) มีการศึกษาเทคโนโลยีการหมุนของเบ้าหลอมและการควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการของเตาเติบโตผลึกเดี่ยวของซิลิคอนคาร์ไบด์ และคริสตัลขนาด 8 นิ้วได้รับการเตรียมและเติบโตอย่างประสบความสำเร็จผ่านการวิเคราะห์การจำลองสนามความร้อนและการทดลองกระบวนการ

0 บทนำ

ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) เป็นตัวแทนทั่วไปของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม มีข้อดีด้านประสิทธิภาพ เช่น ความกว้างของแถบความถี่ที่ใหญ่ขึ้น สนามไฟฟ้าที่สลายตัวสูงขึ้น และค่าการนำความร้อนที่สูงขึ้น ทำงานได้ดีในสนามที่มีอุณหภูมิสูง แรงดันสูง และความถี่สูง และได้กลายเป็นหนึ่งในทิศทางการพัฒนาหลักในด้านเทคโนโลยีวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ มีความต้องการใช้งานที่หลากหลายในรถยนต์พลังงานใหม่ การผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ การขนส่งทางรถไฟ สมาร์ทกริด การสื่อสาร 5G ดาวเทียม เรดาร์ และสาขาอื่นๆ ในปัจจุบัน การเติบโตทางอุตสาหกรรมของผลึกซิลิกอนคาร์ไบด์ส่วนใหญ่ใช้การขนส่งไอทางกายภาพ (PVT) ซึ่งเกี่ยวข้องกับปัญหาการเชื่อมต่อสนามทางกายภาพที่ซับซ้อนหลายเฟสของหลายเฟส หลายองค์ประกอบ การถ่ายเทความร้อนและมวลหลายแบบ และปฏิสัมพันธ์การไหลของความร้อนแบบแม๊กนีโตไฟฟ้า ดังนั้นการออกแบบระบบการเติบโตของ PVT จึงเป็นเรื่องยาก และการวัดและควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการในระหว่างนั้นกระบวนการเจริญเติบโตของคริสตัลเป็นเรื่องยากส่งผลให้ควบคุมข้อบกพร่องด้านคุณภาพของผลึกซิลิกอนคาร์ไบด์ที่ปลูกแล้วและขนาดผลึกที่เล็กได้ยาก ทำให้ต้นทุนของอุปกรณ์ที่มีซิลิกอนคาร์ไบด์เป็นสารตั้งต้นยังคงสูง

อุปกรณ์การผลิตซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นรากฐานของเทคโนโลยีซิลิคอนคาร์ไบด์และการพัฒนาอุตสาหกรรม ระดับทางเทคนิค ความสามารถของกระบวนการ และการรับประกันอิสระของเตาเติบโตผลึกเดี่ยวของซิลิกอนคาร์ไบด์เป็นกุญแจสำคัญในการพัฒนาวัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์ในทิศทางที่มีขนาดใหญ่และให้ผลผลิตสูง และยังเป็นปัจจัยหลักที่ผลักดันอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สามให้ พัฒนาไปในทิศทางต้นทุนต่ำและขนาดใหญ่ ปัจจุบัน การพัฒนาอุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์ไฟฟ้าแรงสูง กำลังสูงและความถี่สูงมีความก้าวหน้าอย่างมาก แต่ประสิทธิภาพการผลิตและต้นทุนการเตรียมอุปกรณ์จะกลายเป็นปัจจัยสำคัญที่จำกัดการพัฒนา ในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีผลึกเดี่ยวซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นสารตั้งต้น ค่าของสารตั้งต้นจะมีสัดส่วนมากที่สุดประมาณ 50% การพัฒนาอุปกรณ์การเจริญเติบโตของผลึกซิลิกอนคาร์ไบด์คุณภาพสูงขนาดใหญ่ การปรับปรุงผลผลิตและอัตราการเติบโตของซับสเตรตผลึกเดี่ยวของซิลิกอนคาร์ไบด์ และการลดต้นทุนการผลิตมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการประยุกต์ใช้อุปกรณ์ที่เกี่ยวข้อง เพื่อเพิ่มปริมาณการผลิตและลดต้นทุนเฉลี่ยของอุปกรณ์ซิลิกอนคาร์ไบด์ การขยายขนาดของซับสเตรตซิลิกอนคาร์ไบด์ถือเป็นวิธีสำคัญวิธีหนึ่ง ปัจจุบันขนาดซับสเตรตซิลิกอนคาร์ไบด์กระแสหลักสากลคือ 6 นิ้ว และเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเป็น 8 นิ้ว

เทคโนโลยีหลักที่ต้องแก้ไขในการพัฒนาเตาเติบโตผลึกเดี่ยวซิลิคอนคาร์ไบด์ขนาด 8 นิ้ว ได้แก่ 1) การออกแบบโครงสร้างสนามความร้อนขนาดใหญ่เพื่อให้ได้การไล่ระดับอุณหภูมิในแนวรัศมีที่เล็กลง และการไล่ระดับอุณหภูมิตามยาวที่ใหญ่ขึ้นซึ่งเหมาะสมกับการเจริญเติบโต ของคริสตัลซิลิกอนคาร์ไบด์ขนาด 8 นิ้ว 2) การหมุนของเบ้าหลอมขนาดใหญ่และกลไกการยกและลดการเคลื่อนที่ของคอยล์ เพื่อให้เบ้าหลอมหมุนในระหว่างกระบวนการการเติบโตของคริสตัล และเคลื่อนที่สัมพันธ์กับคอยล์ตามข้อกำหนดของกระบวนการ เพื่อให้มั่นใจในความสม่ำเสมอของคริสตัลขนาด 8 นิ้ว และเอื้อต่อการเติบโตและความหนา . 3) การควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการโดยอัตโนมัติภายใต้สภาวะไดนามิกที่ตอบสนองความต้องการของกระบวนการการเติบโตของผลึกเดี่ยวคุณภาพสูง

1 กลไกการเติบโตของคริสตัล PVT

วิธี PVT คือการเตรียมผลึกเดี่ยวของซิลิคอนคาร์ไบด์โดยการวางแหล่งกำเนิด SiC ที่ด้านล่างของเบ้าหลอมกราไฟท์หนาแน่นทรงกระบอก และวางผลึกเมล็ด SiC ใกล้กับฝาครอบเบ้าหลอม เบ้าหลอมถูกให้ความร้อนถึง 2 300~2 400 ℃ โดยการเหนี่ยวนำความถี่วิทยุหรือความต้านทาน และหุ้มด้วยกราไฟท์สักหลาดหรือกราไฟท์ที่มีรูพรุน- สารหลักที่ขนส่งจากแหล่ง SiC ไปยังผลึกเมล็ดคือ Si, โมเลกุล Si2C และ SiC2 อุณหภูมิที่ผลึกเมล็ดจะถูกควบคุมให้ต่ำกว่าอุณหภูมิของผงไมโครด้านล่างเล็กน้อย และเกิดการไล่ระดับอุณหภูมิตามแนวแกนในถ้วยใส่ตัวอย่าง ดังที่แสดงในรูปที่ 1 ผงไมโครซิลิกอนคาร์ไบด์จะระเหิดที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างก๊าซปฏิกิริยาของส่วนประกอบในเฟสก๊าซต่างๆ ซึ่งจะไปถึงผลึกเมล็ดด้วยอุณหภูมิที่ต่ำกว่าภายใต้การขับเคลื่อนของการไล่ระดับอุณหภูมิ และตกผลึกบนมันเพื่อสร้างรูปทรงกระบอก แท่งซิลิคอนคาร์ไบด์

ปฏิกิริยาเคมีหลักของการเติบโตของ PVT คือ:

SiC(s)⇌Si(g)+C(s) (1)

2SiC⇌Si2C(g)+C(s) (2)

2SiC⇌SiC2(g)+Si(l,g) (3)

SiC(s)⇌SiC(g) (4)

ลักษณะของการเติบโตของ PVT ของผลึกเดี่ยว SiC คือ:

1) มีอินเทอร์เฟซแบบแก๊สแข็งสองแบบ: แบบหนึ่งคืออินเทอร์เฟซแบบผงแก๊ส-SiC และอีกแบบคืออินเทอร์เฟซแบบแก๊ส-คริสตัล

2) เฟสก๊าซประกอบด้วยสารสองประเภท ประเภทแรกคือโมเลกุลเฉื่อยที่นำเข้าสู่ระบบ; อีกประการหนึ่งคือส่วนประกอบเฟสก๊าซ SimCn ที่ผลิตโดยการสลายตัวและการระเหิดของผงซีซี- ส่วนประกอบในเฟสก๊าซ SimCn มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน และส่วนหนึ่งของสิ่งที่เรียกว่าส่วนประกอบในเฟสก๊าซที่เป็นผลึก SimCn ที่ตรงตามข้อกำหนดของกระบวนการตกผลึกจะเติบโตเป็นผลึก SiC

3) ในผงซิลิกอนคาร์ไบด์แข็ง ปฏิกิริยาโซลิดเฟสจะเกิดขึ้นระหว่างอนุภาคที่ยังไม่ระเหิด รวมถึงอนุภาคบางชนิดที่สร้างตัวเซรามิกที่มีรูพรุนผ่านการเผาผนึก อนุภาคบางตัวก่อตัวเป็นธัญพืชที่มีขนาดอนุภาคที่แน่นอนและสัณฐานวิทยาของผลึกศาสตร์ผ่านปฏิกิริยาการตกผลึก และบางส่วน อนุภาคซิลิคอนคาร์ไบด์เปลี่ยนเป็นอนุภาคที่อุดมด้วยคาร์บอนหรืออนุภาคคาร์บอนเนื่องจากการสลายตัวและการระเหิดที่ไม่ใช่ปริมาณสัมพันธ์

4) ในระหว่างกระบวนการเติบโตของผลึก การเปลี่ยนแปลงสองเฟสจะเกิดขึ้น: ระยะหนึ่งคืออนุภาคผงซิลิกอนคาร์ไบด์ที่เป็นของแข็งจะถูกแปลงเป็นส่วนประกอบในเฟสก๊าซ SimCn ผ่านการสลายตัวและการระเหิดแบบไม่สัมพันธ์กัน และอีกระยะหนึ่งคือส่วนประกอบในเฟสก๊าซ SimCn จะถูกเปลี่ยนรูป กลายเป็นอนุภาคขัดแตะผ่านการตกผลึก

2 การออกแบบอุปกรณ์ ดังแสดงในรูปที่ 2 เตาเติบโตผลึกเดี่ยวซิลิคอนคาร์ไบด์ส่วนใหญ่ประกอบด้วย: การประกอบฝาครอบด้านบน การประกอบห้อง ระบบทำความร้อน กลไกการหมุนของเบ้าหลอม กลไกการยกฝาครอบด้านล่าง และระบบควบคุมไฟฟ้า

2.1 ระบบทำความร้อน ดังแสดงในรูปที่ 3 ระบบทำความร้อนใช้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำและประกอบด้วยขดลวดเหนี่ยวนำ aเบ้าหลอมกราไฟท์, ชั้นฉนวน (รู้สึกแข็ง, รู้สึกนุ่ม) เป็นต้น เมื่อกระแสสลับความถี่กลางผ่านขดลวดเหนี่ยวนำหลายรอบที่อยู่รอบด้านนอกของเบ้าหลอมกราไฟท์ สนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำที่มีความถี่เท่ากันจะก่อตัวขึ้นในเบ้าหลอมกราไฟท์ ทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ เนื่องจากวัสดุเบ้าหลอมกราไฟท์ที่มีความบริสุทธิ์สูงมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดี กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจึงถูกสร้างขึ้นบนผนังถ้วยใส่ตัวอย่าง ทำให้เกิดกระแสไหลวน ภายใต้การกระทำของแรงลอเรนซ์ กระแสเหนี่ยวนำจะมาบรรจบกันที่ผนังด้านนอกของเบ้าหลอม (นั่นคือ ผลกระทบของผิวหนัง) ในที่สุด และค่อยๆ อ่อนลงตามทิศทางในแนวรัศมี เนื่องจากการมีอยู่ของกระแสน้ำวน ความร้อนของจูลจึงถูกสร้างขึ้นที่ผนังด้านนอกของเบ้าหลอม และกลายเป็นแหล่งความร้อนของระบบการเติบโต ขนาดและการกระจายความร้อนของจูลจะเป็นตัวกำหนดสนามอุณหภูมิในถ้วยใส่ตัวอย่างโดยตรง ซึ่งจะส่งผลต่อการเติบโตของคริสตัลด้วย

ดังแสดงในรูปที่ 4 ขดลวดเหนี่ยวนำเป็นส่วนสำคัญของระบบทำความร้อน ใช้โครงสร้างคอยล์อิสระสองชุดและติดตั้งกลไกการเคลื่อนที่ที่แม่นยำทั้งบนและล่างตามลำดับ การสูญเสียความร้อนไฟฟ้าส่วนใหญ่ของระบบทำความร้อนทั้งหมดเกิดจากคอยล์ และต้องทำการทำความเย็นแบบบังคับ ขดลวดพันด้วยท่อทองแดงและระบายความร้อนด้วยน้ำภายใน ช่วงความถี่ของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำคือ 8~12 kHz ความถี่ของการให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำจะกำหนดความลึกของการเจาะทะลุของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในเบ้าหลอมกราไฟท์ กลไกการเคลื่อนที่ของคอยล์ใช้กลไกคู่สกรูที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ ขดลวดเหนี่ยวนำทำงานร่วมกับแหล่งจ่ายไฟเหนี่ยวนำเพื่อให้ความร้อนแก่เบ้าหลอมกราไฟท์ภายในเพื่อให้เกิดการระเหิดของผง ในเวลาเดียวกัน กำลังและตำแหน่งสัมพัทธ์ของคอยล์ทั้งสองชุดจะถูกควบคุมเพื่อทำให้อุณหภูมิที่ผลึกเมล็ดพืชต่ำกว่าอุณหภูมิที่ผงไมโครด้านล่าง ทำให้เกิดการไล่ระดับอุณหภูมิตามแนวแกนระหว่างผลึกเมล็ดพืชและผงใน เบ้าหลอมและสร้างการไล่ระดับอุณหภูมิแนวรัศมีที่เหมาะสมที่คริสตัลซิลิคอนคาร์ไบด์

2.2 กลไกการหมุนของเบ้าหลอม ในช่วงการเจริญเติบโตของขนาดใหญ่ผลึกเดี่ยวซิลิกอนคาร์ไบด์เบ้าหลอมในสภาพแวดล้อมสุญญากาศของโพรงจะถูกหมุนต่อไปตามความต้องการของกระบวนการ และสนามความร้อนแบบไล่ระดับและสถานะแรงดันต่ำในโพรงจะต้องคงที่ ดังแสดงในรูปที่ 5 มีการใช้คู่เกียร์ที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์เพื่อให้ถ้วยใส่ตัวอย่างหมุนได้อย่างมั่นคง โครงสร้างการซีลของไหลแบบแม่เหล็กใช้เพื่อการซีลแบบไดนามิกของเพลาหมุน ซีลของเหลวแม่เหล็กใช้วงจรสนามแม่เหล็กหมุนที่เกิดขึ้นระหว่างแม่เหล็ก ขั้วรองเท้าแม่เหล็ก และปลอกแม่เหล็กเพื่อดูดซับของเหลวแม่เหล็กอย่างแน่นหนาระหว่างปลายขั้วรองเท้าและปลอก เพื่อสร้างวงแหวนของเหลวคล้ายโอริง ซึ่งปิดกั้นได้อย่างสมบูรณ์ ช่องว่างเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ของการปิดผนึก เมื่อการเคลื่อนที่แบบหมุนถูกส่งจากบรรยากาศไปยังห้องสุญญากาศ อุปกรณ์ปิดผนึกไดนามิกโอริงเหลวจะถูกนำมาใช้เพื่อเอาชนะข้อเสียของการสึกหรอง่ายและอายุการใช้งานต่ำในการปิดผนึกแบบแข็ง และของเหลวแม่เหล็กของเหลวสามารถเติมเต็มพื้นที่ที่ปิดสนิททั้งหมด ดังนั้นจึงปิดกั้นทุกช่องที่สามารถรั่วไหลของอากาศ และบรรลุการรั่วไหลเป็นศูนย์ในกระบวนการทั้งสองของการเคลื่อนตัวและการหยุดถ้วยใส่ตัวอย่าง ส่วนรองรับของเหลวแม่เหล็กและถ้วยใส่ตัวอย่างใช้โครงสร้างระบายความร้อนด้วยน้ำเพื่อให้แน่ใจว่าของเหลวแม่เหล็กและส่วนรองรับถ้วยใส่ตัวอย่างสามารถนำไปใช้ในอุณหภูมิสูงได้ และให้ความเสถียรของสถานะสนามความร้อน

2.3 กลไกการยกฝาครอบด้านล่าง

กลไกการยกฝาครอบด้านล่างประกอบด้วยมอเตอร์ขับเคลื่อน บอลสกรู ตัวนำทาง แท่นยก ฝาครอบเตา และขายึดฝาครอบเตา มอเตอร์ขับเคลื่อนโครงยึดฝาครอบเตาหลอมที่เชื่อมต่อกับตัวนำสกรูผ่านตัวลดขนาดเพื่อให้ทราบถึงการเคลื่อนที่ขึ้นและลงของฝาครอบด้านล่าง

กลไกการยกฝาครอบด้านล่างช่วยอำนวยความสะดวกในการวางและการถอดถ้วยใส่ตัวอย่างขนาดใหญ่ และที่สำคัญกว่านั้น ช่วยให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือในการปิดผนึกของฝาครอบเตาด้านล่าง ในระหว่างกระบวนการทั้งหมด ห้องมีขั้นตอนการเปลี่ยนแปลงแรงดัน เช่น สุญญากาศ แรงดันสูง และแรงดันต่ำ สถานะการบีบอัดและการปิดผนึกของฝาครอบด้านล่างส่งผลโดยตรงต่อความน่าเชื่อถือของกระบวนการ เมื่อซีลล้มเหลวภายใต้อุณหภูมิสูง กระบวนการทั้งหมดจะถูกยกเลิก ผ่านการควบคุมเซอร์โวมอเตอร์และอุปกรณ์จำกัด ความแน่นของชุดฝาครอบด้านล่างและห้องจะถูกควบคุมเพื่อให้ได้สภาวะการบีบอัดและการปิดผนึกที่ดีที่สุดของแหวนปิดผนึกห้องเตาเผาเพื่อให้มั่นใจถึงเสถียรภาพของความดันกระบวนการ ดังแสดงในรูปที่ 6 .

2.4 ระบบควบคุมไฟฟ้า ในระหว่างการเจริญเติบโตของผลึกซิลิกอนคาร์ไบด์ ระบบควบคุมไฟฟ้าจำเป็นต้องควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการที่แตกต่างกันอย่างแม่นยำ โดยส่วนใหญ่รวมถึงความสูงของตำแหน่งคอยล์ อัตราการหมุนของเบ้าหลอม พลังงานความร้อนและอุณหภูมิ การไหลของก๊าซพิเศษที่แตกต่างกัน และการเปิดของ วาล์วสัดส่วน

ดังแสดงในรูปที่ 7 ระบบควบคุมใช้ตัวควบคุมที่ตั้งโปรแกรมได้เป็นเซิร์ฟเวอร์ ซึ่งเชื่อมต่อกับไดรเวอร์เซอร์โวผ่านบัสเพื่อให้ทราบถึงการควบคุมการเคลื่อนไหวของคอยล์และถ้วยใส่ตัวอย่าง โดยเชื่อมต่อกับตัวควบคุมอุณหภูมิและตัวควบคุมการไหลผ่าน MobusRTU มาตรฐาน เพื่อให้ควบคุมอุณหภูมิ ความดัน และการไหลของก๊าซในกระบวนการพิเศษแบบเรียลไทม์ โดยสร้างการสื่อสารกับซอฟต์แวร์กำหนดค่าผ่านอีเทอร์เน็ต แลกเปลี่ยนข้อมูลระบบแบบเรียลไทม์ และแสดงข้อมูลพารามิเตอร์กระบวนการต่างๆ บนโฮสต์คอมพิวเตอร์ ผู้ปฏิบัติงาน บุคลากรในกระบวนการ และผู้จัดการแลกเปลี่ยนข้อมูลกับระบบควบคุมผ่านทางอินเทอร์เฟซระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร

ระบบควบคุมจะรวบรวมข้อมูลภาคสนามทั้งหมด การวิเคราะห์สถานะการทำงานของแอคชูเอเตอร์ทั้งหมด และความสัมพันธ์เชิงตรรกะระหว่างกลไก ตัวควบคุมแบบตั้งโปรแกรมได้จะได้รับคำสั่งจากคอมพิวเตอร์แม่ข่ายและควบคุมแอคชูเอเตอร์แต่ละตัวของระบบให้เสร็จสิ้น กลยุทธ์การดำเนินการและความปลอดภัยของเมนูกระบวนการอัตโนมัติทั้งหมดดำเนินการโดยตัวควบคุมแบบตั้งโปรแกรมได้ ความเสถียรของตัวควบคุมที่ตั้งโปรแกรมได้ทำให้มั่นใจในเสถียรภาพและความน่าเชื่อถือด้านความปลอดภัยของการทำงานของเมนูกระบวนการ

การกำหนดค่าด้านบนจะรักษาการแลกเปลี่ยนข้อมูลกับตัวควบคุมที่ตั้งโปรแกรมได้แบบเรียลไทม์และแสดงข้อมูลภาคสนาม มีอินเทอร์เฟซการทำงาน เช่น การควบคุมความร้อน การควบคุมความดัน การควบคุมวงจรแก๊ส และการควบคุมมอเตอร์ และค่าการตั้งค่าของพารามิเตอร์ต่างๆ สามารถแก้ไขได้บนอินเทอร์เฟซ การตรวจสอบพารามิเตอร์การเตือนแบบเรียลไทม์ โดยแสดงหน้าจอการเตือน บันทึกเวลาและข้อมูลโดยละเอียดของการเกิดและการฟื้นตัวของสัญญาณเตือน การบันทึกข้อมูลกระบวนการทั้งหมด เนื้อหาการทำงานของหน้าจอ และเวลาดำเนินการทั้งหมดแบบเรียลไทม์ การควบคุมฟิวชันของพารามิเตอร์กระบวนการต่างๆ ทำได้ผ่านโค้ดพื้นฐานภายในตัวควบคุมแบบตั้งโปรแกรมได้ และสามารถดำเนินการได้สูงสุด 100 ขั้นตอน แต่ละขั้นตอนประกอบด้วยพารามิเตอร์กระบวนการมากกว่าหนึ่งโหล เช่น เวลาดำเนินการของกระบวนการ กำลังเป้าหมาย ความดันเป้าหมาย การไหลของอาร์กอน การไหลของไนโตรเจน การไหลของไฮโดรเจน ตำแหน่งถ้วยใส่ตัวอย่าง และอัตราของถ้วยใส่ตัวอย่าง

3 การวิเคราะห์การจำลองสนามความร้อน

สร้างแบบจำลองการวิเคราะห์การจำลองสนามความร้อนแล้ว รูปที่ 8 คือแผนที่เมฆอุณหภูมิในห้องเจริญเติบโตของถ้วยใส่ตัวอย่าง เพื่อให้แน่ใจว่าช่วงอุณหภูมิการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว 4H-SiC อุณหภูมิศูนย์กลางของผลึกเมล็ดจะคำนวณเป็น 2200°C และอุณหภูมิขอบคือ 2205.4°C ในเวลานี้ อุณหภูมิศูนย์กลางของด้านบนของถ้วยใส่ตัวอย่างคือ 2167.5°C และอุณหภูมิสูงสุดของบริเวณที่เป็นผง (ด้านล่าง) คือ 2274.4°C ซึ่งก่อให้เกิดการไล่ระดับอุณหภูมิตามแนวแกน

การกระจายการไล่ระดับสีในแนวรัศมีของคริสตัลแสดงในรูปที่ 9 การไล่ระดับอุณหภูมิด้านข้างด้านล่างของพื้นผิวผลึกเมล็ดสามารถปรับปรุงรูปร่างการเติบโตของคริสตัลได้อย่างมีประสิทธิภาพ ความแตกต่างของอุณหภูมิเริ่มต้นที่คำนวณได้ในปัจจุบันคือ 5.4 ℃ และรูปร่างโดยรวมเกือบจะแบนและนูนเล็กน้อย ซึ่งสามารถตอบสนองความแม่นยำในการควบคุมอุณหภูมิรัศมีและข้อกำหนดความสม่ำเสมอของพื้นผิวผลึกเมล็ด

กราฟแสดงความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นผิววัตถุดิบและพื้นผิวผลึกเมล็ดพืชแสดงในรูปที่ 10 อุณหภูมิศูนย์กลางของพื้นผิววัสดุคือ 2210°C และการไล่ระดับอุณหภูมิตามยาว 1°C/cm จะเกิดขึ้นระหว่างพื้นผิวของวัสดุและเมล็ดพืช พื้นผิวคริสตัลซึ่งอยู่ในช่วงที่เหมาะสม

อัตราการเติบโตโดยประมาณแสดงในรูปที่ 11 อัตราการเติบโตเร็วเกินไปอาจเพิ่มความน่าจะเป็นของข้อบกพร่อง เช่น ความหลากหลายและความคลาดเคลื่อน อัตราการเติบโตโดยประมาณในปัจจุบันอยู่ใกล้กับ 0.1 มม./ชม. ซึ่งอยู่ในช่วงที่เหมาะสม

จากการวิเคราะห์และคำนวณการจำลองสนามความร้อน พบว่าอุณหภูมิศูนย์กลางและอุณหภูมิขอบของผลึกเมล็ดเป็นไปตามการไล่ระดับอุณหภูมิในแนวรัศมีของผลึกขนาด 8 นิ้ว ในเวลาเดียวกัน ด้านบนและด้านล่างของถ้วยใส่ตัวอย่างจะทำให้เกิดการไล่ระดับอุณหภูมิตามแนวแกนที่เหมาะสมกับความยาวและความหนาของคริสตัล วิธีการให้ความร้อนในปัจจุบันของระบบการเติบโตสามารถตอบสนองการเติบโตของผลึกเดี่ยวขนาด 8 นิ้ว

4 การทดสอบเชิงทดลอง

ใช้สิ่งนี้เตาเติบโตผลึกเดี่ยวซิลิคอนคาร์ไบด์บนพื้นฐานของการไล่ระดับอุณหภูมิของการจำลองสนามความร้อน โดยการปรับพารามิเตอร์ เช่น อุณหภูมิด้านบนของเบ้าหลอม ความดันโพรง ความเร็วในการหมุนของเบ้าหลอม และตำแหน่งสัมพัทธ์ของคอยล์ด้านบนและด้านล่าง ได้ทำการทดสอบการเติบโตของผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์ และได้คริสตัลซิลิคอนคาร์ไบด์ขนาด 8 นิ้ว (ดังแสดงในรูปที่ 12)

5. สรุป

มีการศึกษาเทคโนโลยีหลักสำหรับการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยวซิลิคอนคาร์ไบด์ขนาด 8 นิ้ว เช่น สนามความร้อนแบบไล่ระดับ กลไกการเคลื่อนที่ของถ้วยใส่ตัวอย่าง และการควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการโดยอัตโนมัติ สนามความร้อนในห้องเจริญเติบโตของถ้วยใส่ตัวอย่างถูกจำลองและวิเคราะห์เพื่อให้ได้ระดับอุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุด หลังจากการทดสอบ วิธีการทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำขดลวดคู่สามารถตอบสนองการเติบโตของขนาดใหญ่ได้ผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์- การวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีนี้มอบเทคโนโลยีอุปกรณ์ในการรับผลึกคาร์ไบด์ขนาด 8 นิ้ว และมอบรากฐานอุปกรณ์สำหรับการเปลี่ยนแปลงของอุตสาหกรรมซิลิกอนคาร์ไบด์จาก 6 นิ้วเป็น 8 นิ้ว ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการเติบโตของวัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์และลดต้นทุน