Cristal long en carbure de silicium résistant, procédé PVT, croissance de cristaux en lingots de SiC de 6/8/12 pouces

Cristal long en carbure de silicium résistant, croissance au four de 6/8/12 pouces, lingot de SiC, cristal PVT, image en vedette

Brève description :

Le four de croissance par résistance de carbure de silicium (méthode PVT, méthode de transfert physique de vapeur) est un équipement essentiel pour la croissance de monocristal de carbure de silicium (SiC) par sublimation-recristallisation à haute température. Cette technologie utilise un chauffage par résistance (corps chauffant en graphite) pour sublimer le SiC à haute température (2000-2500 °C) et le recristalliser à basse température (germe cristallin) afin de former un monocristal de SiC de haute qualité (4H/6H-SiC). La méthode PVT est le procédé le plus courant pour la production en série de substrats SiC de 6 pouces et moins, largement utilisés dans la préparation des substrats de semi-conducteurs de puissance (tels que les MOSFET, les SBD) et les dispositifs radiofréquence (GaN sur SiC).

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Principe de fonctionnement :

1. Chargement de la matière première : poudre (ou bloc) de SiC de haute pureté placée au fond du creuset en graphite (zone haute température).

2. Vide/environnement inerte : mettre sous vide la chambre du four (<10⁻³ mbar) ou faire passer du gaz inerte (Ar).

3. Sublimation à haute température : chauffage par résistance à 2000~2500℃, décomposition du SiC en Si, Si₂C, SiC₂ et autres composants en phase gazeuse.

4. Transmission en phase gazeuse : le gradient de température entraîne la diffusion du matériau en phase gazeuse vers la région à basse température (extrémité de la graine).

5. Croissance cristalline : la phase gazeuse recristallise à la surface du cristal germe et croît dans une direction le long de l'axe C ou de l'axe A.

Paramètres clés :

1. Gradient de température : 20~50℃/cm (contrôle du taux de croissance et de la densité des défauts).

2. Pression : 1~100 mbar (basse pression pour réduire l'incorporation d'impuretés).

3. Taux de croissance : 0,1 à 1 mm/h (affectant la qualité du cristal et l'efficacité de la production).

Caractéristiques principales :

(1) Qualité cristalline
Faible densité de défauts : densité de microtubules < 1 cm⁻², densité de dislocations 10³~10⁴ cm⁻² (grâce à l'optimisation des semences et au contrôle du processus).

Contrôle de type polycristallin : peut développer 4H-SiC (courant principal), 6H-SiC, proportion 4H-SiC > 90 % (nécessité de contrôler avec précision le gradient de température et le rapport stoechiométrique de la phase gazeuse).

(2) Performances de l'équipement
Stabilité à haute température : température du corps de chauffe en graphite > 2500℃, le corps du four adopte une conception d'isolation multicouche (comme du feutre de graphite + une chemise refroidie par eau).

Contrôle de l'uniformité : les fluctuations de température axiales/radiales de ± 5 °C garantissent la cohérence du diamètre du cristal (écart d'épaisseur du substrat de 6 pouces < 5 %).

Degré d'automatisation : Système de contrôle PLC intégré, surveillance en temps réel de la température, de la pression et du taux de croissance.

(3) Avantages technologiques
Utilisation élevée des matériaux : taux de conversion des matières premières > 70 % (meilleur que la méthode CVD).

Compatibilité de grande taille : la production de masse de 6 pouces a été réalisée, celle de 8 pouces est en phase de développement.

(4) Consommation et coût de l'énergie
La consommation d'énergie d'un seul four est de 300 à 800 kWh, ce qui représente 40 à 60 % du coût de production du substrat SiC.

L'investissement en équipement est élevé (1,5 M 3M par unité), mais le coût unitaire du substrat est inférieur à celui de la méthode CVD.

Applications principales :

1. Electronique de puissance : substrat MOSFET SiC pour onduleur de véhicule électrique et onduleur photovoltaïque.

2. Dispositifs RF : station de base 5G substrat épitaxial GaN sur SiC (principalement 4H-SiC).

3. Dispositifs pour environnements extrêmes : capteurs haute température et haute pression pour équipements aérospatiaux et nucléaires.

Paramètres techniques :

Spécification	Détails
Dimensions (L × l × H)	2500 × 2400 × 3456 mm ou personnaliser
Diamètre du creuset	900 mm
Pression de vide ultime	6 × 10⁻⁴ Pa (après 1,5 h de vide)
Taux de fuite	≤5 Pa/12h (étuvage)
Diamètre de l'arbre de rotation	50 mm
Vitesse de rotation	0,5–5 tr/min
Méthode de chauffage	Chauffage par résistance électrique
Température maximale du four	2500°C
Puissance de chauffage	40 kW × 2 × 20 kW
Mesure de la température	Pyromètre infrarouge bicolore
Plage de température	900–3000°C
Précision de la température	±1°C
Plage de pression	1–700 mbar
Précision du contrôle de la pression	1–10 mbar : ± 0,5 % FS ; 10–100 mbar : ± 0,5 % FS ; 100–700 mbar : ± 0,5 % FS
Type d'opération	Chargement par le bas, options de sécurité manuelles/automatiques
Fonctionnalités optionnelles	Double mesure de température, plusieurs zones de chauffage

Services XKH :

XKH assure l'ensemble du processus de fabrication des fours PVT SiC, incluant la personnalisation des équipements (conception du champ thermique, contrôle automatique), le développement du procédé (contrôle de la forme des cristaux, optimisation des défauts), la formation technique (exploitation et maintenance) et le service après-vente (remplacement des pièces en graphite, étalonnage du champ thermique) afin d'aider nos clients à produire en masse des cristaux de silicium de haute qualité. Nous proposons également des services de mise à niveau des procédés pour améliorer continuellement le rendement cristallin et l'efficacité de la croissance, avec un délai de livraison typique de 3 à 6 mois.