Forno de crescimento de lingotes de SiC para métodos TSSG/LPE de cristais de SiC de grande diâmetro

Descrição curta:

O forno de crescimento de lingotes de carboneto de silício em fase líquida da XKH utiliza as tecnologias TSSG (Crescimento em Solução com Semente Superior) e LPE (Epitaxia em Fase Líquida), líderes mundiais, projetadas especificamente para o crescimento de monocristais de SiC de alta qualidade. O método TSSG permite o crescimento de lingotes de 4H/6H-SiC de grande diâmetro, de 4 a 8 polegadas, por meio de gradiente de temperatura preciso e controle da velocidade de elevação das sementes, enquanto o método LPE facilita o crescimento controlado de camadas epitaxiais de SiC a temperaturas mais baixas, sendo particularmente adequado para camadas epitaxiais espessas com baixíssimos defeitos. Este sistema de crescimento de lingotes de carboneto de silício em fase líquida tem sido aplicado com sucesso na produção industrial de diversos cristais de SiC, incluindo os do tipo 4H/6H-N e 4H/6H-SEMI isolante, fornecendo soluções completas, desde equipamentos até processos.

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Características

Princípio de funcionamento

O princípio básico do crescimento de lingotes de carboneto de silício em fase líquida envolve a dissolução de matérias-primas de SiC de alta pureza em metais fundidos (p. ex., Si, Cr) a 1800-2100 °C para formar soluções saturadas, seguido pelo crescimento direcional controlado de monocristais de SiC em cristais-semente por meio de gradiente de temperatura preciso e regulação da supersaturação. Esta tecnologia é particularmente adequada para a produção de monocristais de 4H/6H-SiC de alta pureza (>99,9995%) com baixa densidade de defeitos (<100/cm²), atendendo aos rigorosos requisitos de substrato para eletrônica de potência e dispositivos de RF. O sistema de crescimento em fase líquida permite o controle preciso da condutividade (tipo N/P) e da resistividade do cristal por meio da otimização da composição da solução e dos parâmetros de crescimento.

Componentes principais

1. Sistema de cadinho especial: cadinho composto de grafite/tântalo de alta pureza, resistência à temperatura >2200°C, resistente à corrosão por fusão de SiC.

2. Sistema de aquecimento multizona: aquecimento combinado por resistência/indução com precisão de controle de temperatura de ±0,5°C (faixa de 1800-2100°C).

3. Sistema de movimento de precisão: controle duplo de circuito fechado para rotação de sementes (0-50 rpm) e elevação (0,1-10 mm/h).

4. Sistema de controle de atmosfera: proteção de argônio/nitrogênio de alta pureza, pressão de trabalho ajustável (0,1-1atm).

5. Sistema de controle inteligente: controle redundante PLC+PC industrial com monitoramento de interface de crescimento em tempo real.

6. Sistema de resfriamento eficiente: o design de resfriamento de água gradual garante uma operação estável a longo prazo.

Comparação TSSG vs. LPE

Características	Método TSSG	Método LPE
Temperatura de crescimento	2000-2100°C	1500-1800°C
Taxa de crescimento	0,2-1 mm/h	5-50μm/h
Tamanho do cristal	lingotes de 4 a 8 polegadas	Camadas epi de 50-500μm
Aplicação principal	Preparação do substrato	Epi-camadas de dispositivos de energia
Densidade de defeitos	<500/cm²	<100/cm²
Politipos adequados	4H/6H-SiC	4H/3C-SiC

Principais aplicações

1. Eletrônica de potência: substratos 4H-SiC de 6 polegadas para MOSFETs/diodos de 1200 V+.

2. Dispositivos RF 5G: substratos de SiC semi-isolantes para PAs de estação base.

3. Aplicações EV: Epi-camadas ultraespessas (>200μm) para módulos de nível automotivo.

4. Inversores fotovoltaicos: substratos com poucos defeitos, permitindo eficiência de conversão >99%.

Principais vantagens

1. Superioridade tecnológica
1.1 Projeto Multimétodo Integrado
Este sistema de crescimento de lingotes de SiC em fase líquida combina de forma inovadora as tecnologias de crescimento de cristais TSSG e LPE. O sistema TSSG emprega crescimento em solução de semeadura superior com convecção precisa por fusão e controle de gradiente de temperatura (ΔT≤5°C/cm), permitindo o crescimento estável de lingotes de SiC de grande diâmetro de 4 a 8 polegadas com rendimentos de 15 a 20 kg por corrida única para cristais de SiC 6H/4H. O sistema LPE utiliza composição otimizada de solventes (sistema de liga Si-Cr) e controle de supersaturação (±1%) para o crescimento de camadas epitaxiais espessas de alta qualidade com densidade de defeitos <100/cm² a temperaturas relativamente baixas (1500-1800°C).

1.2 Sistema de Controle Inteligente
Equipado com controle de crescimento inteligente de 4ª geração com:
• Monitoramento multiespectral in-situ (faixa de comprimento de onda de 400-2500 nm)
• Detecção de nível de fusão baseada em laser (precisão de ±0,01 mm)
• Controle de malha fechada de diâmetro baseado em CCD (flutuação <±1 mm)
• Otimização de parâmetros de crescimento com tecnologia de IA (economia de energia de 15%)

2. Vantagens no desempenho do processo
2.1 Pontos fortes do método TSSG
• Capacidade de tamanho grande: suporta crescimento de cristais de até 8 polegadas com uniformidade de diâmetro >99,5%
• Cristalinidade superior: densidade de discordância <500/cm², densidade de microtubos <5/cm²
• Uniformidade de dopagem: <8% de variação de resistividade do tipo n (wafers de 4 polegadas)
• Taxa de crescimento otimizada: ajustável de 0,3 a 1,2 mm/h, 3 a 5 vezes mais rápido que os métodos de fase de vapor

2.2 Pontos fortes do método LPE
• Epitaxia de defeito ultrabaixo: densidade de estado de interface <1×10¹¹cm⁻²·eV⁻¹
• Controle preciso da espessura: epi-camadas de 50-500μm com variação de espessura <±2%
• Eficiência em baixa temperatura: 300-500℃ menor que os processos CVD
• Crescimento de estrutura complexa: suporta junções pn, superredes, etc.

3. Vantagens da eficiência de produção
3.1 Controle de Custos
• 85% de aproveitamento de matéria-prima (vs. 60% convencional)
• 40% menos consumo de energia (em comparação com HVPE)
• 90% de tempo de atividade do equipamento (o design modular minimiza o tempo de inatividade)

3.2 Garantia de Qualidade
• Controle de processo 6σ (CPK>1,67)
• Detecção de defeitos on-line (resolução de 0,1 μm)
• Rastreabilidade de dados de processo completo (mais de 2.000 parâmetros em tempo real)

3.3 Escalabilidade
• Compatível com politipos 4H/6H/3C
• Atualizável para módulos de processo de 12 polegadas
• Suporta heterointegração SiC/GaN

4. Vantagens da aplicação industrial
4.1 Dispositivos de energia
• Substratos de baixa resistividade (0,015-0,025Ω·cm) para dispositivos de 1200-3300V
• Substratos semi-isolantes (>10⁸Ω·cm) para aplicações de RF

4.2 Tecnologias Emergentes
• Comunicação quântica: substratos de ruído ultrabaixo (ruído 1/f <-120dB)
• Ambientes extremos: Cristais resistentes à radiação (<5% de degradação após irradiação de 1×10¹⁶n/cm²)

Serviços XKH

1. Equipamentos personalizados: configurações personalizadas do sistema TSSG/LPE.
2. Treinamento de Processo: Programas abrangentes de treinamento técnico.
3. Suporte pós-venda: resposta técnica e manutenção 24 horas por dia, 7 dias por semana.
4. Soluções completas: serviço completo, da instalação à validação do processo.
5. Fornecimento de material: substratos/epi-wafers de SiC de 2 a 12 polegadas disponíveis.

As principais vantagens incluem:
• Capacidade de crescimento de cristais de até 8 polegadas.
• Uniformidade de resistividade <0,5%.
• Tempo de atividade do equipamento >95%.
• Suporte técnico 24 horas por dia, 7 dias por semana.