ဆီလီကွန်ကာဗိုက် Epitaxy: လုပ်ငန်းစဉ်မူများ၊ အထူထိန်းချုပ်မှုနှင့် ချို့ယွင်းချက်စိန်ခေါ်မှုများ

ဆီလီကွန်ကာဗိုက် (SiC) epitaxy သည် ခေတ်သစ်ပါဝါအီလက်ထရွန်းနစ်တော်လှန်ရေး၏ အဓိကနေရာတွင် တည်ရှိသည်။ လျှပ်စစ်ယာဉ်များမှ ပြန်လည်ပြည့်ဖြိုးမြဲစွမ်းအင်စနစ်များနှင့် မြင့်မားသောဗို့အားရှိသော စက်မှုလုပ်ငန်းသုံး drives များအထိ၊ SiC စက်ပစ္စည်းများ၏ စွမ်းဆောင်ရည်နှင့် ယုံကြည်စိတ်ချရမှုသည် wafer မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် ပုံဆောင်ခဲကြီးထွားမှု မိုက်ခရိုမီတာအနည်းငယ်အတွင်း ဖြစ်ပျက်သည်ထက် ဆားကစ်ဒီဇိုင်းပေါ်တွင် ပိုမိုမူတည်သည်။ epitaxy သည် ရင့်ကျက်ပြီး ခွင့်လွှတ်နိုင်သော လုပ်ငန်းစဉ်တစ်ခုဖြစ်သည့် ဆီလီကွန်နှင့်မတူဘဲ၊ SiC epitaxy သည် အက်တမ်စကေးထိန်းချုပ်မှုတွင် တိကျပြီး ခွင့်လွှတ်ခြင်းမရှိသော လေ့ကျင့်ခန်းတစ်ခုဖြစ်သည်။

ဒီဆောင်းပါးက ဘယ်လိုလဲဆိုတာကို လေ့လာထားပါတယ်SiC epitaxationလုပ်ဆောင်ချက်များ၊ အထူထိန်းချုပ်မှုသည် အဘယ်ကြောင့် အလွန်အရေးကြီးသနည်း၊ နှင့် SiC ထောက်ပံ့ရေးကွင်းဆက်တစ်ခုလုံးတွင် အပြစ်အနာအဆာများသည် အဘယ်ကြောင့် အခက်ခဲဆုံးစိန်ခေါ်မှုများထဲမှ တစ်ခုအဖြစ် ရှိနေရသနည်း။

၁။ SiC Epitaxy ဆိုတာဘာလဲ၊ ဘာကြောင့်အရေးကြီးတာလဲ။

Epitaxy ဆိုသည်မှာ အောက်ခံအလွှာ၏ အက်တမ်အစီအစဉ်အတိုင်း ၎င်း၏ အက်တမ်အစီအစဉ်သည် ပုံဆောင်ခဲအလွှာတစ်ခု၏ ကြီးထွားမှုကို ရည်ညွှန်းသည်။ SiC ပါဝါစက်ပစ္စည်းများတွင်၊ ဤ epitaxial အလွှာသည် ဗို့အားပိတ်ဆို့ခြင်း၊ လျှပ်စီးကြောင်းစီးကူးခြင်းနှင့် ပြောင်းလဲခြင်းအပြုအမူများကို သတ်မှတ်ပေးသည့် တက်ကြွသောဒေသကို ဖွဲ့စည်းသည်။

မကြာခဏ အစုလိုက်အပြုံလိုက် doping ပေါ်တွင် မှီခိုနေရသော ဆီလီကွန် ကိရိယာများနှင့်မတူဘဲ၊ SiC ကိရိယာများသည် ဂရုတစိုက် အင်ဂျင်နီယာပြုလုပ်ထားသော အထူနှင့် doping ပရိုဖိုင်များပါရှိသော epitaxial အလွှာများပေါ်တွင် များစွာမူတည်ပါသည်။ epitaxial အထူတွင် တစ်မိုက်ခရိုမီတာ ကွာခြားချက်သည် breakdown voltage၊ on-resistance နှင့် ရေရှည်ယုံကြည်စိတ်ချရမှုကို သိသိသာသာ ပြောင်းလဲစေနိုင်သည်။

အတိုချုပ်ပြောရရင် SiC epitaxy ဟာ supporting process မဟုတ်ပါဘူး—ဒါက device ကို သတ်မှတ်ပေးပါတယ်။

၂။ SiC Epitaxial ကြီးထွားမှု၏ အခြေခံများ

စီးပွားဖြစ် SiC epitaxy အများစုကို ဓာတုအငွေ့စုပုံခြင်း (chemical vapor deposition - CVD) ကို အလွန်မြင့်မားသော အပူချိန်များတွင်၊ ပုံမှန်အားဖြင့် 1,500 °C နှင့် 1,650 °C အကြားတွင် အသုံးပြု၍ လုပ်ဆောင်သည်။ Silane နှင့် hydrocarbon ဓာတ်ငွေ့များကို reactor ထဲသို့ ထည့်သွင်းပြီး ဆီလီကွန်နှင့် ကာဗွန်အက်တမ်များသည် wafer မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် ပြိုကွဲပြီး ပြန်လည်စုစည်းသည်။

SiC epitaxy ကို silicon epitaxy ထက် အခြေခံအားဖြင့် ပိုမိုရှုပ်ထွေးစေသော အချက်များစွာရှိသည်-

• ဆီလီကွန်နှင့် ကာဗွန်အကြား ခိုင်မာသော covalent စည်းနှောင်မှု

• ပစ္စည်းတည်ငြိမ်မှုကန့်သတ်ချက်များနှင့်နီးစပ်သော မြင့်မားသောကြီးထွားမှုအပူချိန်များ

• မျက်နှာပြင်အဆင့်များနှင့် အောက်ခံအလွှာ မှားယွင်းဖြတ်တောက်မှုအပေါ် အာရုံခံနိုင်စွမ်း

• SiC polytype များစွာရှိနေခြင်း

ဓာတ်ငွေ့စီးဆင်းမှု၊ အပူချိန်တူညီမှု သို့မဟုတ် မျက်နှာပြင်ပြင်ဆင်မှုတွင် အနည်းငယ်ကွဲလွဲမှုများပင် epitaxial layer မှတစ်ဆင့် ပျံ့နှံ့သွားသော ချို့ယွင်းချက်များကို ဖြစ်ပေါ်စေနိုင်သည်။

၃။ အထူထိန်းချုပ်မှု- မိုက်ခရိုမီတာများသည် အဘယ်ကြောင့် အရေးကြီးသနည်း။

SiC ပါဝါစက်ပစ္စည်းများတွင်၊ epitaxial အထူသည် ဗို့အားစွမ်းရည်ကို တိုက်ရိုက်ဆုံးဖြတ်သည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ 1,200 V စက်ပစ္စည်းတစ်ခုသည် မိုက်ခရိုမီတာအနည်းငယ်သာထူသော epitaxial အလွှာတစ်ခု လိုအပ်နိုင်ပြီး 10 kV စက်ပစ္စည်းတစ်ခုသည် မိုက်ခရိုမီတာဆယ်ဂဏန်းအထိ လိုအပ်နိုင်သည်။

၁၅၀ မီလီမီတာ သို့မဟုတ် ၂၀၀ မီလီမီတာ ဝေဖာတစ်ခုလုံးတွင် တစ်ပြေးညီအထူရရှိရန်မှာ အဓိကအင်ဂျင်နီယာဆိုင်ရာစိန်ခေါ်မှုတစ်ခုဖြစ်သည်။ ±၃% ကဲ့သို့သော ကွဲလွဲမှုများသည် အောက်ပါတို့ကို ဖြစ်စေနိုင်သည်-

• မညီမျှသော လျှပ်စစ်စက်ကွင်း ဖြန့်ဖြူးမှု

• ပြိုကွဲနေသော ဗို့အား အနားသတ်များ လျော့နည်းသွားခြင်း

• စက်ပစ္စည်းတစ်ခုနှင့်တစ်ခု စွမ်းဆောင်ရည် မကိုက်ညီခြင်း

တိကျသော doping အာရုံစူးစိုက်မှု လိုအပ်ချက်ကြောင့် အထူထိန်းချုပ်မှုသည် ပိုမိုရှုပ်ထွေးလာပါသည်။ SiC epitaxy တွင် အထူနှင့် doping များသည် တင်းကျပ်စွာ တွဲလျက်ရှိပြီး တစ်ခုကို ချိန်ညှိခြင်းသည် တစ်ခုအပေါ် မကြာခဏ သက်ရောက်မှုရှိသည်။ ဤအပြန်အလှန် မှီခိုမှုသည် ထုတ်လုပ်သူများအား ကြီးထွားမှုနှုန်း၊ တစ်ပြေးညီဖြစ်မှုနှင့် ပစ္စည်းအရည်အသွေးကို တစ်ပြိုင်နက်တည်း ဟန်ချက်ညီစေရန် တွန်းအားပေးသည်။

၄။ ချို့ယွင်းချက်များ- စဉ်ဆက်မပြတ်စိန်ခေါ်မှု

စက်မှုလုပ်ငန်း လျင်မြန်စွာ တိုးတက်မှုရှိနေသော်လည်း၊ SiC epitaxy တွင် ချို့ယွင်းချက်များသည် အဓိကအတားအဆီးအဖြစ် ရှိနေဆဲဖြစ်သည်။ အရေးအကြီးဆုံး ချို့ယွင်းချက်အမျိုးအစားအချို့တွင် အောက်ပါတို့ ပါဝင်သည်-

• အခြေခံမျက်နှာပြင် အဆစ်လွဲခြင်း၎င်းသည် စက်ပစ္စည်းလည်ပတ်နေစဉ်အတွင်း ကျယ်ပြန့်လာပြီး bipolar degradation ကို ဖြစ်စေနိုင်သည်

• အစုလိုက်အပြုံလိုက် ချို့ယွင်းချက်များepitaxial ကြီးထွားမှုအတွင်း မကြာခဏ လှုံ့ဆော်ပေးသည်

• မိုက်ခရိုပိုက်များခေတ်မီအလွှာများတွင် အများအားဖြင့် လျော့နည်းသွားသော်လည်း အထွက်နှုန်းတွင် ဩဇာလွှမ်းမိုးမှုရှိနေဆဲဖြစ်သည်။

• မုန်လာဥနီ ချို့ယွင်းချက်များနှင့် တြိဂံပုံ ချို့ယွင်းချက်များဒေသတွင်း ကြီးထွားမှု မတည်ငြိမ်မှုများနှင့် ဆက်စပ်နေသည်

epitaxial ချို့ယွင်းချက်များကို အထူးပြဿနာဖြစ်စေသည့်အချက်မှာ အများစုသည် substrate မှ မူလအစပြုသော်လည်း ကြီးထွားမှုကာလအတွင်း တိုးတက်ပြောင်းလဲလာခြင်းဖြစ်သည်။ လက်ခံနိုင်ဖွယ်ကောင်းသော wafer သည် epitaxy ပြီးနောက်တွင်သာ လျှပ်စစ်တက်ကြွသော ချို့ယွင်းချက်များ ဖြစ်ပေါ်လာနိုင်သောကြောင့် အစောပိုင်းစစ်ဆေးခြင်းကို ခက်ခဲစေသည်။

၅။ အောက်ခံအရည်အသွေး၏ အခန်းကဏ္ဍ

Epitaxy ညံ့ဖျင်းသော substrates များကို ပြန်လည်ဖြည့်ဆည်းပေး၍မရပါ။ မျက်နှာပြင်ကြမ်းတမ်းမှု၊ miscut angle နှင့် basal plane dislocation density တို့သည် epitaxial ရလဒ်များကို အားကောင်းစွာ လွှမ်းမိုးပါသည်။

ဝေဖာအချင်းများသည် ၁၅၀ မီလီမီတာမှ ၂၀၀ မီလီမီတာနှင့်အထက် တိုးလာသည်နှင့်အမျှ တစ်ပြေးညီ အောက်ခံအရည်အသွေးကို ထိန်းသိမ်းရန် ပိုမိုခက်ခဲလာပါသည်။ ဝေဖာတစ်လျှောက်တွင် အနည်းငယ်ကွဲပြားမှုများပင် epitaxial အပြုအမူတွင် ကြီးမားသော ကွဲပြားမှုများအဖြစ်သို့ ပြောင်းလဲစေပြီး လုပ်ငန်းစဉ်ရှုပ်ထွေးမှုကို တိုးမြင့်စေပြီး အလုံးစုံအထွက်နှုန်းကို လျော့ကျစေနိုင်သည်။

substrate နှင့် epitaxy အကြား ဤတင်းကျပ်သော ချိတ်ဆက်မှုသည် SiC ထောက်ပံ့ရေးကွင်းဆက်သည် ၎င်း၏ silicon counterpart ထက် များစွာပိုမိုဒေါင်လိုက်ပေါင်းစပ်ထားသည့် အကြောင်းရင်းတစ်ခုဖြစ်သည်။

၆။ ပိုကြီးသော ဝေဖာအရွယ်အစားများတွင် ချိန်ညှိခြင်းဆိုင်ရာ စိန်ခေါ်မှုများ

ပိုကြီးတဲ့ SiC ဝေဖာတွေဆီကို ကူးပြောင်းခြင်းက epitaxial စိန်ခေါ်မှုတိုင်းကို ပိုမိုပြင်းထန်စေပါတယ်။ အပူချိန်ပြောင်းလဲမှုတွေက ထိန်းချုပ်ဖို့ ပိုခက်ခဲလာပြီး ဓာတ်ငွေ့စီးဆင်းမှု တစ်ပြေးညီဖြစ်မှုက ပိုပြီးထိခိုက်လွယ်လာပြီး ချို့ယွင်းချက်ပျံ့နှံ့မှုလမ်းကြောင်းတွေက ရှည်လျားလာပါတယ်။

တစ်ချိန်တည်းမှာပင်၊ ပါဝါကိရိယာထုတ်လုပ်သူများသည် ပိုမိုတင်းကျပ်သောသတ်မှတ်ချက်များကို တောင်းဆိုကြသည်- ဗို့အားအဆင့်သတ်မှတ်ချက်မြင့်မားခြင်း၊ ချို့ယွင်းချက်သိပ်သည်းဆနည်းပါးခြင်းနှင့် wafer-to-wafer ပိုမိုကောင်းမွန်သော တသမတ်တည်းရှိမှုတို့ဖြစ်သည်။ ထို့ကြောင့် Epitaxy စနစ်များသည် SiC အတွက် မူလက ဘယ်သောအခါမှ မျှော်မှန်းမထားသည့် စကေးများတွင် လည်ပတ်နေစဉ် ပိုမိုကောင်းမွန်သောထိန်းချုပ်မှုကို ရရှိစေရမည်။

ဤတင်းမာမှုသည် epitaxial reactor ဒီဇိုင်းနှင့် လုပ်ငန်းစဉ်အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင်ပြုလုပ်ခြင်းတွင် ယနေ့ခေတ်ဆန်းသစ်တီထွင်မှုအများစုကို သတ်မှတ်ပေးသည်။

၇။ SiC Epitaxy သည် စက်ပစ္စည်းစီးပွားရေးကို အဘယ်ကြောင့် သတ်မှတ်ပေးသနည်း။

ဆီလီကွန် ထုတ်လုပ်ရာတွင် epitaxy သည် ကုန်ကျစရိတ် line item တစ်ခု ဖြစ်လေ့ရှိသည်။ SiC ထုတ်လုပ်ရာတွင် ၎င်းသည် တန်ဖိုးမောင်းနှင်အား တစ်ခုဖြစ်သည်။

Epitaxial yield သည် စက်ပစ္စည်းထုတ်လုပ်ခြင်းတွင် မည်မျှ wafers များဝင်ရောက်နိုင်ပြီး မည်မျှပြီးမြောက်ပြီးသော စက်ပစ္စည်းများ သတ်မှတ်ချက်နှင့် ကိုက်ညီသည်ကို တိုက်ရိုက်ဆုံးဖြတ်ပေးသည်။ ချို့ယွင်းချက်သိပ်သည်းဆ သို့မဟုတ် အထူပြောင်းလဲမှု အနည်းငယ်လျော့ကျခြင်းသည် စနစ်အဆင့်တွင် သိသိသာသာကုန်ကျစရိတ်လျှော့ချမှုများအဖြစ်သို့ ပြောင်းလဲနိုင်သည်။

ထို့ကြောင့် SiC epitaxy တွင်တိုးတက်မှုများသည် စက်ပစ္စည်းဒီဇိုင်းတွင် အောင်မြင်မှုများထက် ဈေးကွက်လက်ခံမှုအပေါ် ပိုမိုကြီးမားသောသက်ရောက်မှုရှိလေ့ရှိသည်။

၈။ ရှေ့ကိုမျှော်ကြည့်ခြင်း

SiC epitaxy သည် အနုပညာတစ်ခုမှ သိပ္ပံပညာတစ်ခုဆီသို့ တဖြည်းဖြည်းရွေ့လျားနေသော်လည်း ဆီလီကွန်၏ ရင့်ကျက်မှုအဆင့်သို့ မရောက်ရှိသေးပါ။ ဆက်လက်တိုးတက်မှုသည် ပိုမိုကောင်းမွန်သော in-situ စောင့်ကြည့်ခြင်း၊ ပိုမိုတင်းကျပ်သော substrate control နှင့် ချို့ယွင်းချက်ဖွဲ့စည်းမှုယန္တရားများကို ပိုမိုနက်ရှိုင်းစွာ နားလည်ခြင်းအပေါ် မူတည်ပါသည်။

ပါဝါအီလက်ထရွန်းနစ်ပစ္စည်းများသည် မြင့်မားသောဗို့အားများ၊ မြင့်မားသောအပူချိန်များနှင့် မြင့်မားသောယုံကြည်စိတ်ချရမှုစံနှုန်းများဆီသို့ တွန်းပို့လာသည်နှင့်အမျှ epitaxy သည် SiC နည်းပညာ၏အနာဂတ်ကို ပုံဖော်ပေးသည့် တိတ်ဆိတ်သော်လည်း အဆုံးအဖြတ်ပေးသောလုပ်ငန်းစဉ်အဖြစ် ဆက်လက်တည်ရှိနေမည်ဖြစ်သည်။

အဆုံးစွန်အားဖြင့်၊ နောက်မျိုးဆက် ဓာတ်အားစနစ်များ၏ စွမ်းဆောင်ရည်ကို ဆားကစ်ပုံကြမ်းများ သို့မဟုတ် ထုပ်ပိုးမှု ဆန်းသစ်တီထွင်မှုများဖြင့် မဟုတ်ဘဲ အက်တမ်များကို မည်မျှတိကျစွာ ထားရှိသည် — တစ်ကြိမ်လျှင် epitaxial အလွှာတစ်ခုဖြင့် ဆုံးဖြတ်နိုင်သည်။