Forno de resistência de carboneto de silício para crescimento de cristais longos de lingotes de SiC de 6/8/12 polegadas pelo método PVT

Cristal longo de carbeto de silício cultivado em forno de resistência de 6/8/12 polegadas, lingote de SiC, método PVT. Imagem em destaque.

Descrição resumida:

O forno de crescimento por resistência de carbeto de silício (método PVT, método de transferência física de vapor) é um equipamento fundamental para o crescimento de monocristais de carbeto de silício (SiC) pelo princípio de sublimação-recristalização em alta temperatura. A tecnologia utiliza aquecimento por resistência (corpo de aquecimento de grafite) para sublimar a matéria-prima de SiC a uma alta temperatura de 2000~2500℃ e recristalizá-la na região de baixa temperatura (cristal semente) para formar um monocristal de SiC de alta qualidade (4H/6H-SiC). O método PVT é o processo principal para a produção em massa de substratos de SiC de 6 polegadas e menores, sendo amplamente utilizado na preparação de substratos para semicondutores de potência (como MOSFETs, diodos Schottky) e dispositivos de radiofrequência (GaN-on-SiC).

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Características

Princípio de funcionamento:

1. Carregamento da matéria-prima: pó (ou bloco) de SiC de alta pureza colocado no fundo do cadinho de grafite (zona de alta temperatura).

2. Ambiente a vácuo/inerte: aplicar vácuo na câmara do forno (<10⁻³ mbar) ou passar gás inerte (Ar).

3. Sublimação em alta temperatura: aquecimento por resistência a 2000~2500℃, decomposição do SiC em Si, Si₂C, SiC₂ e outros componentes na fase gasosa.

4. Transmissão em fase gasosa: o gradiente de temperatura impulsiona a difusão do material em fase gasosa para a região de baixa temperatura (extremidade da semente).

5. Crescimento do cristal: A fase gasosa recristaliza na superfície do cristal semente e cresce em uma direção direcional ao longo do eixo C ou do eixo A.

Parâmetros principais:

1. Gradiente de temperatura: 20~50℃/cm (controla a taxa de crescimento e a densidade de defeitos).

2. Pressão: 1~100mbar (baixa pressão para reduzir a incorporação de impurezas).

3. Taxa de crescimento: 0,1~1 mm/h (afetando a qualidade do cristal e a eficiência da produção).

Principais características:

(1) Qualidade cristalina
Baixa densidade de defeitos: densidade de microtúbulos <1 cm⁻², densidade de deslocamentos 10³~10⁴ cm⁻² (através da otimização de sementes e controle do processo).

Controle do tipo policristalino: pode cultivar 4H-SiC (principal), 6H-SiC, proporção de 4H-SiC >90% (necessário controlar com precisão o gradiente de temperatura e a proporção estequiométrica da fase gasosa).

(2) Desempenho do equipamento
Estabilidade a altas temperaturas: temperatura do corpo de aquecimento de grafite >2500℃, o corpo do forno adota um design de isolamento multicamadas (como feltro de grafite + camisa refrigerada a água).

Controle de uniformidade: Flutuações de temperatura axial/radial de ±5 °C garantem a consistência do diâmetro do cristal (desvio de espessura do substrato de 6 polegadas <5%).

Grau de automação: Sistema de controle PLC integrado, monitoramento em tempo real de temperatura, pressão e taxa de crescimento.

(3) Vantagens tecnológicas
Alto aproveitamento de materiais: taxa de conversão de matéria-prima superior a 70% (melhor que o método CVD).

Compatibilidade com tamanhos grandes: a produção em massa de 6 polegadas já foi alcançada, e a de 8 polegadas está em fase de desenvolvimento.

(4) Consumo e custo de energia
O consumo de energia de um único forno é de 300 a 800 kW·h, representando de 40% a 60% do custo de produção do substrato de SiC.

O investimento em equipamentos é alto (1,5 milhão a 3 milhões por unidade), mas o custo unitário do substrato é menor do que o do método CVD.

Aplicações principais:

1. Eletrônica de potência: substrato MOSFET de SiC para inversores de veículos elétricos e inversores fotovoltaicos.

2. Dispositivos de radiofrequência: estação base 5G com substrato epitaxial GaN-on-SiC (principalmente 4H-SiC).

3. Dispositivos para ambientes extremos: sensores de alta temperatura e alta pressão para equipamentos aeroespaciais e de energia nuclear.

Parâmetros técnicos:

Especificação	Detalhes
Dimensões (C × L × A)	2500 × 2400 × 3456 mm ou personalize
Diâmetro do cadinho	900 mm
Pressão de vácuo máxima	6 × 10⁻⁴ Pa (após 1,5 h de vácuo)
Taxa de vazamento	≤5 Pa/12h (término do processo de cozimento)
Diâmetro do eixo de rotação	50 mm
Velocidade de rotação	0,5–5 rpm
Método de aquecimento	Aquecimento por resistência elétrica
Temperatura máxima do forno	2500°C
Potência de aquecimento	40 kW × 2 × 20 kW
Medição de temperatura	Pirômetro infravermelho de duas cores
Faixa de temperatura	900–3000°C
Precisão da temperatura	±1°C
Faixa de pressão	1–700 mbar
Precisão do controle de pressão	1–10 mbar: ±0,5% FS; 10–100 mbar: ±0,5% FS; 100–700 mbar: ±0,5% FS
Tipo de operação	Carregamento inferior, opções de segurança manual/automática
Recursos opcionais	Medição dupla de temperatura, múltiplas zonas de aquecimento

Serviços XKH:

A XKH oferece serviços completos para fornos PVT de SiC, incluindo customização de equipamentos (projeto de campo térmico, controle automático), desenvolvimento de processos (controle da forma do cristal, otimização de defeitos), treinamento técnico (operação e manutenção) e suporte pós-venda (substituição de peças de grafite, calibração do campo térmico) para ajudar os clientes a alcançar a produção em massa de cristais de SiC de alta qualidade. Também oferecemos serviços de atualização de processos para melhorar continuamente o rendimento e a eficiência de crescimento dos cristais, com um prazo de entrega típico de 3 a 6 meses.