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

Forno de crescimento de lingotes de SiC para cristais de SiC de grande diâmetro utilizando os métodos TSSG/LPE (Imagem em destaque).

Descrição resumida:

O forno de crescimento de lingotes de carbeto de silício em fase líquida da XKH emprega as tecnologias TSSG (Top-Seed Solution Growth) e LPE (Liquid Phase Epitaxy), líderes mundiais, projetadas especificamente para o crescimento de monocristais de SiC de alta qualidade. O método TSSG permite o crescimento de lingotes de SiC 4H/6H de 4 a 8 polegadas de diâmetro por meio do controle preciso do gradiente de temperatura e da velocidade de elevação da semente, enquanto o método LPE facilita o crescimento controlado de camadas epitaxiais de SiC em temperaturas mais baixas, sendo particularmente adequado para camadas epitaxiais espessas com baixíssimos defeitos. Este sistema de crescimento de lingotes de carbeto de silício em fase líquida tem sido aplicado com sucesso na produção industrial de diversos cristais de SiC, incluindo os tipos 4H/6H-N e 4H/6H-SEMI isolantes, fornecendo soluções completas, desde equipamentos até processos.

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Características

Princípio de funcionamento

O princípio fundamental do crescimento de lingotes de carbeto de silício em fase líquida envolve a dissolução de matérias-primas de SiC de alta pureza em metais fundidos (por exemplo, Si, Cr) a 1800-2100 °C para formar soluções saturadas, seguida pelo crescimento direcional controlado de monocristais de SiC sobre cristais-semente através da regulação precisa do gradiente de temperatura e da supersaturação. Essa 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 radiofrequência. O sistema de crescimento em fase líquida permite o controle preciso do tipo de condutividade cristalina (tipo N/P) e da resistividade 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, resistente a temperaturas superiores a 2200 °C e 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 em circuito fechado para rotação das sementes (0-50 rpm) e elevação (0,1-10 mm/h).

4. Sistema de Controle de Atmosfera: Proteção com argônio/nitrogênio de alta pureza, pressão de trabalho ajustável (0,1-1 atm).

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

6. Sistema de refrigeração eficiente: O projeto de refrigeração a água com níveis de intensidade garantem uma operação estável a longo prazo.

Comparação entre TSSG e LPE

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

Principais aplicações

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

2. Dispositivos de RF 5G: Substratos de SiC semi-isolantes para amplificadores de potência (PAs) de estações base.

3. Aplicações em veículos elétricos: Camadas epitaxiais ultragrossas (>200μm) para módulos de nível automotivo.

4. Inversores fotovoltaicos: substratos com poucos defeitos que permitem uma eficiência de conversão superior a 99%.

Principais vantagens

1. Superioridade Tecnológica
1.1 Projeto Integrado Multimétodo
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 de solução com semente superior, com convecção precisa do fundido e controle do gradiente de temperatura (ΔT ≤ 5 °C/cm), permitindo o crescimento estável de lingotes de SiC de 4 a 8 polegadas de diâmetro, com rendimentos de 15 a 20 kg por ciclo para cristais de 6H/4H-SiC. O sistema LPE utiliza composição de solvente otimizada (sistema de liga Si-Cr) e controle de supersaturação (±1%) para crescer 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, que inclui:
• Monitoramento multiespectral in situ (faixa de comprimento de onda de 400 a 2500 nm)
• Detecção do nível de fusão baseada em laser (precisão de ±0,01 mm)
• Controle de diâmetro em malha fechada baseado em CCD (flutuação <±1mm)
• Otimização de parâmetros de crescimento com inteligência artificial (economia de energia de 15%)

2. Vantagens de desempenho do processo
2.1 Pontos Fortes do Método TSSG
• Capacidade para grandes dimensões: Suporta o crescimento de cristais de até 8 polegadas com uniformidade de diâmetro superior a 99,5%.
• Cristalinidade superior: Densidade de deslocamentos <500/cm², densidade de microporos <5/cm²
• Uniformidade de dopagem: variação de resistividade do tipo n <8% (wafers de 4 polegadas)
• Taxa de crescimento otimizada: Ajustável de 0,3 a 1,2 mm/h, 3 a 5 vezes mais rápida que os métodos de fase vapor.

2.2 Método LPE - Pontos Fortes Essenciais
• Epitaxia com baixíssimos defeitos: Densidade de estados de interface <1×10¹¹cm⁻²·eV⁻¹
• Controle preciso da espessura: camadas epitaxiais de 50 a 500 μm com variação de espessura inferior a ±2%.
• Eficiência em baixas temperaturas: 300-500 °C inferior aos processos CVD
• Crescimento de estruturas complexas: Suporta junções pn, super-redes, etc.

3. Vantagens em termos de eficiência de produção
3.1 Controle de Custos
• Utilização de 85% da matéria-prima (contra 60% no método convencional)
• Consumo de energia 40% menor (em comparação com HVPE)
• 90% de tempo de atividade do equipamento (o design modular minimiza o tempo de inatividade)

3.2 Garantia da Qualidade
• Controle de processo 6σ (CPK>1,67)
• Detecção de defeitos online (resolução de 0,1 μm)
• Rastreabilidade completa dos dados do processo (mais de 2000 parâmetros em tempo real)

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

4. Vantagens da aplicação industrial
4.1 Dispositivos de alimentação
• Substratos de baixa resistividade (0,015-0,025 Ω·cm) para dispositivos de 1200-3300 V
• 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 de sistema TSSG/LPE sob medida.
2. Treinamento de Processos: 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 abrangente, desde a instalação até a validação do processo.
5. Fornecimento de materiais: 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 da resistividade <0,5%.
• Tempo de atividade do equipamento >95%.
• Suporte técnico 24 horas por dia, 7 dias por semana.