सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल ग्रोथ फर्नेस में तकनीकी चुनौतियाँ

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) क्रिस्टल विकास भट्टियाँ आधारशिला हैंSiC वेफरउत्पादन। पारंपरिक सिलिकॉन क्रिस्टल विकास भट्टियों के साथ समानताएं साझा करते हुए, SiC भट्टियों को सामग्री की अत्यधिक विकास स्थितियों और जटिल दोष गठन तंत्र के कारण अद्वितीय चुनौतियों का सामना करना पड़ता है। इन चुनौतियों को मोटे तौर पर दो क्षेत्रों में वर्गीकृत किया जा सकता है: क्रिस्टल विकास और एपीटैक्सियल विकास।

क्रिस्टल विकास चुनौतियाँ:

SiC क्रिस्टल विकास उच्च तापमान, संलग्न वातावरण पर सटीक नियंत्रण की मांग करता है, जिससे निगरानी और प्रक्रिया नियंत्रण असाधारण रूप से कठिन हो जाता है। प्रमुख चुनौतियों में शामिल हैं:

(1) थर्मल फील्ड नियंत्रण: सीलबंद, उच्च तापमान कक्ष के भीतर एक स्थिर और समान तापमान प्रोफ़ाइल बनाए रखना महत्वपूर्ण है लेकिन बेहद चुनौतीपूर्ण है। सिलिकॉन के लिए उपयोग की जाने वाली नियंत्रणीय पिघल-वृद्धि प्रक्रियाओं के विपरीत, SiC क्रिस्टल की वृद्धि 2,000 डिग्री सेल्सियस से ऊपर होती है, जिससे वास्तविक समय की निगरानी और समायोजन लगभग असंभव हो जाता है। वांछित क्रिस्टल गुणों को प्राप्त करने के लिए सटीक तापमान नियंत्रण सर्वोपरि है।

(2) पॉलीटाइप और दोष नियंत्रण: विकास प्रक्रिया माइक्रोपाइप (एमपी), पॉलीटाइप समावेशन और अव्यवस्था जैसे दोषों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होती है, जो क्रिस्टल की गुणवत्ता को प्रभावित करती है। एमपी, कई माइक्रोन आकार के दोषों को भेदने वाले, उपकरण के प्रदर्शन के लिए विशेष रूप से हानिकारक होते हैं। SiC 200 से अधिक बहुप्रकारों में मौजूद है, केवल 4H संरचना अर्धचालक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है। पॉलीटाइप समावेशन को कम करने के लिए स्टोइकोमेट्री, तापमान प्रवणता, विकास दर और गैस प्रवाह गतिशीलता को नियंत्रित करना आवश्यक है। इसके अलावा, विकास कक्ष के भीतर थर्मल ग्रेडिएंट मूल तनाव को प्रेरित कर सकते हैं, जिससे विभिन्न अव्यवस्थाएं (बेसल प्लेन डिस्लोकेशन (बीपीडी), थ्रेडिंग स्क्रू डिस्लोकेशन (टीएसडी), थ्रेडिंग एज डिस्लोकेशन (टीईडी)) हो सकती हैं जो बाद के एपिटेक्सी और डिवाइस के प्रदर्शन को प्रभावित करती हैं।

(3) अशुद्धता नियंत्रण: सटीक डोपिंग प्रोफाइल प्राप्त करने के लिए बाहरी अशुद्धियों पर सावधानीपूर्वक नियंत्रण की आवश्यकता होती है। कोई भी अनपेक्षित संदूषण अंतिम क्रिस्टल के विद्युत गुणों को महत्वपूर्ण रूप से बदल सकता है।

(4) धीमी वृद्धि दर: सिलिकॉन की तुलना में SiC क्रिस्टल की वृद्धि स्वाभाविक रूप से धीमी है। जबकि एक सिलिकॉन पिंड को 3 दिनों में उगाया जा सकता है, SiC को 7 दिन या उससे अधिक की आवश्यकता होती है, जो उत्पादन क्षमता और आउटपुट पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है।

एपिटैक्सियल ग्रोथ चुनौतियाँ:

डिवाइस संरचनाओं के निर्माण के लिए महत्वपूर्ण SiC एपिटैक्सियल वृद्धि, प्रक्रिया मापदंडों पर और भी सख्त नियंत्रण की मांग करती है:

उच्च परिशुद्धता नियंत्रण:वांछित एपिटैक्सियल परत गुणों को प्राप्त करने के लिए चैंबर हर्मेटिकिटी, दबाव स्थिरता, सटीक गैस वितरण समय और संरचना, और सख्त तापमान नियंत्रण महत्वपूर्ण हैं। डिवाइस वोल्टेज आवश्यकताओं में वृद्धि के साथ ये मांगें और भी कठोर हो जाती हैं।

एकरूपता और दोष घनत्व:मोटी एपिटैक्सियल परतों में समान प्रतिरोधकता और कम दोष घनत्व बनाए रखना एक महत्वपूर्ण चुनौती प्रस्तुत करता है।

उन्नत नियंत्रण प्रणालियाँ:उच्च परिशुद्धता सेंसर और एक्चुएटर्स के साथ परिष्कृत इलेक्ट्रोमैकेनिकल नियंत्रण प्रणाली सटीक और स्थिर पैरामीटर विनियमन के लिए महत्वपूर्ण हैं। प्रक्रिया प्रतिक्रिया के आधार पर वास्तविक समय समायोजन में सक्षम उन्नत नियंत्रण एल्गोरिदम SiC एपीटैक्सियल वृद्धि की जटिलताओं को नेविगेट करने के लिए आवश्यक हैं।

SiC प्रौद्योगिकी की पूरी क्षमता को अनलॉक करने के लिए इन तकनीकी बाधाओं पर काबू पाना आवश्यक है। उच्च प्रदर्शन वाले इलेक्ट्रॉनिक्स में इस आशाजनक सामग्री को व्यापक रूप से अपनाने के लिए भट्टी डिजाइन, प्रक्रिया नियंत्रण और इन-सीटू निगरानी तकनीकों में निरंतर प्रगति महत्वपूर्ण है।**