Four de croissance de lingots de SiC pour cristaux de SiC de grand diamètre (TSSG/LPE)

Brève description :

Le four de croissance de lingots de carbure de silicium en phase liquide de XKH utilise les technologies TSSG (Top-Seded Solution Growth) et LPE (Liquid Phase Epitaxy), leaders mondiaux, spécialement conçues pour la croissance de monocristaux de SiC de haute qualité. La méthode TSSG permet la croissance de lingots de SiC 4H/6H de grand diamètre de 10 à 20 cm grâce à un gradient de température précis et un contrôle précis de la vitesse de levée des germes, tandis que la méthode LPE facilite la croissance contrôlée de couches épitaxiales de SiC à basse température, particulièrement adaptée aux couches épitaxiales épaisses à très faible taux de défauts. Ce système de croissance de lingots de carbure de silicium en phase liquide a été appliqué avec succès à la production industrielle de divers cristaux de SiC, notamment de type 4H/6H-N et de type 4H/6H-SEMI isolant, offrant des solutions complètes, de l'équipement aux procédés.

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Caractéristiques

Principe de fonctionnement

Le principe de base de la croissance de lingots de carbure de silicium en phase liquide consiste à dissoudre des matières premières SiC de haute pureté dans des métaux en fusion (par exemple, Si, Cr) à 1 800-2 100 °C pour former des solutions saturées, puis à contrôler la croissance directionnelle de monocristaux de SiC sur des germes cristallins grâce à un gradient de température précis et une régulation de la sursaturation. Cette technologie est particulièrement adaptée à la production de monocristaux de SiC 4H/6H de haute pureté (> 99,9995 %) présentant une faible densité de défauts (< 100/cm²), répondant ainsi aux exigences strictes des substrats pour l'électronique de puissance et les dispositifs RF. Le système de croissance en phase liquide permet un contrôle précis du type de conductivité (type N/P) et de la résistivité des cristaux grâce à une composition de solution et des paramètres de croissance optimisés.

Composants de base

1. Système de creuset spécial : creuset composite graphite/tantale de haute pureté, résistance à la température > 2200 °C, résistant à la corrosion par fusion du SiC.

2. Système de chauffage multizone : chauffage combiné par résistance/induction avec une précision de contrôle de la température de ± 0,5 °C (plage de 1800 à 2100 °C).

3. Système de mouvement de précision : double contrôle en boucle fermée pour la rotation des graines (0-50 tr/min) et le levage (0,1-10 mm/h).

4. Système de contrôle de l'atmosphère : protection argon/azote de haute pureté, pression de travail réglable (0,1-1 atm).

5. Système de contrôle intelligent : contrôle redondant PLC + PC industriel avec surveillance de l'interface de croissance en temps réel.

6. Système de refroidissement efficace : la conception de refroidissement par eau graduée garantit un fonctionnement stable à long terme.

Comparaison entre TSSG et LPE

Caractéristiques	Méthode TSSG	Méthode LPE
Température de croissance	2000-2100°C	1500-1800°C
Taux de croissance	0,2-1 mm/h	5-50 μm/h
Taille des cristaux	lingots de 4 à 8 pouces	couches épitaxiales de 50 à 500 μm
Application principale	Préparation du substrat	Couches épitaxiales pour dispositifs de puissance
Densité des défauts	<500/cm²	<100/cm²
Polytypes appropriés	4H/6H-SiC	4H/3C-SiC

Applications clés

1. Électronique de puissance : substrats 4H-SiC de 6 pouces pour MOSFET/diodes 1200 V+.

2. Dispositifs RF 5G : Substrats SiC semi-isolants pour PA de station de base.

3. Applications EV : couches épitaxiales ultra-épaisses (> 200 μm) pour modules de qualité automobile.

4. Onduleurs PV : Substrats à faible défaut permettant une efficacité de conversion > 99 %.

Principaux avantages

1. Supériorité technologique
1.1 Conception multi-méthodes intégrée
Ce système de croissance de lingots de SiC en phase liquide combine de manière innovante les technologies de croissance cristalline TSSG et LPE. Le système TSSG utilise une croissance en solution par germination par le haut avec une convection de fusion précise et un contrôle précis du gradient de température (ΔT ≤ 5 °C/cm), permettant une croissance stable de lingots de SiC de grand diamètre de 4 à 8 pouces avec des rendements unitaires de 15 à 20 kg pour les cristaux 6H/4H-SiC. Le système LPE utilise une composition de solvant optimisée (système d'alliage Si-Cr) et un contrôle de la sursaturation (± 1 %) pour la croissance de couches épitaxiales épaisses de haute qualité avec une densité de défauts < 100/cm² à des températures relativement basses (1 500 à 1 800 °C).

1.2 Système de contrôle intelligent
Équipé d'un contrôle de croissance intelligent de 4e génération comprenant :
• Surveillance multispectrale in situ (gamme de longueurs d'onde de 400 à 2 500 nm)
• Détection du niveau de fusion par laser (précision de ± 0,01 mm)
• Contrôle du diamètre en boucle fermée basé sur CCD (fluctuation <±1 mm)
• Optimisation des paramètres de croissance alimentée par l'IA (15 % d'économie d'énergie)

2. Avantages en termes de performances du processus
2.1 Points forts de la méthode TSSG
• Capacité de grande taille : prend en charge la croissance de cristaux jusqu'à 8 pouces avec une uniformité de diamètre > 99,5 %
• Cristallinité supérieure : densité de dislocations < 500/cm², densité de micropipes < 5/cm²
• Uniformité du dopage : < 8 % de variation de résistivité de type n (plaquettes de 4 pouces)
• Taux de croissance optimisé : réglable de 0,3 à 1,2 mm/h, 3 à 5 fois plus rapide que les méthodes en phase vapeur

2.2 Points forts de la méthode LPE
• Épitaxie à très faible défaut : densité d'état d'interface <1×10¹¹cm⁻²·eV⁻¹
• Contrôle précis de l'épaisseur : couches épitaxiales de 50 à 500 μm avec une variation d'épaisseur <±2 %
• Efficacité à basse température : 300 à 500 °C inférieure aux procédés CVD
• Croissance de structures complexes : prend en charge les jonctions pn, les super-réseaux, etc.

3. Avantages en termes d'efficacité de production
3.1 Contrôle des coûts
• 85 % d’utilisation des matières premières (contre 60 % pour les méthodes conventionnelles)
• Consommation d'énergie 40 % inférieure (par rapport au HVPE)
• 90 % de disponibilité de l'équipement (la conception modulaire minimise les temps d'arrêt)

3.2 Assurance qualité
• Contrôle de processus 6σ (CPK>1,67)
• Détection de défauts en ligne (résolution de 0,1 μm)
• Traçabilité complète des données du processus (plus de 2 000 paramètres en temps réel)

3.3 Évolutivité
• Compatible avec les polytypes 4H/6H/3C
• Extensible vers des modules de processus de 12 pouces
• Prend en charge l'hétéro-intégration SiC/GaN

4. Avantages des applications industrielles
4.1 Dispositifs d'alimentation
• Substrats à faible résistivité (0,015-0,025 Ω·cm) pour appareils 1200-3300 V
• Substrats semi-isolants (>10⁸Ω·cm) pour applications RF

4.2 Technologies émergentes
• Communication quantique : Substrats à très faible bruit (bruit 1/f < -120 dB)
• Environnements extrêmes : Cristaux résistants aux radiations (< 5 % de dégradation après irradiation de 1×10¹⁶n/cm²)

Services XKH

1. Équipement personnalisé : configurations de systèmes TSSG/LPE sur mesure.
2. Formation aux processus : programmes de formation technique complets.
3. Assistance après-vente : réponse technique et maintenance 24h/24 et 7j/7.
4. Solutions clés en main : service complet, de l’installation à la validation du processus.
5. Fourniture de matériaux : substrats SiC/plaquettes épitaxiales de 2 à 12 pouces disponibles.

Les principaux avantages comprennent :
• Capacité de croissance cristalline jusqu'à 8 pouces.
• Uniformité de résistivité < 0,5 %.
• Temps de disponibilité de l’équipement > 95 %.
• Assistance technique 24h/24 et 7j/7.